CN113597769A - 基于光流的视频帧间预测 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，一种视频编码器或视频解码器获取视频信号的当前编码块相对于两个参考帧的一个运动矢量对。所述当前块的多个预测块是使用与相应参考帧对应的所述运动矢量对生成的。所述视频编码器或视频解码器还根据所述多个预测块中的多个样本值，确定所述当前编码块的光流。所述光流的一个分量是根据所述光流的另一个分量确定的。双向预测光流(bi‑predictive optical flow，BPOF)可以使用所述确定的光流对所述当前编码块执行。

Description

基于光流的视频帧间预测

相关申请交叉引用

本申请要求于2019年3月19日提交的申请号为IN201931010751、发明名称为“进行基于光流的帧间预测的编码器、解码器及对应方法(An Encoder,A Decoder andCorresponding Methods for Inter Prediction Based on Optical Flow)”的印度临时申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及视频编码和解码，尤其涉及一种使用光流进行双向帧间预测的方法及装置。

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、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安全应用的可携式摄像机。即使视频相对较短，也需要大量的视频数据来描述，当数据要在带宽容量有限的通信网络中流式传输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，然后通过现代电信网络进行传输。由于内存资源可能有限，当在存储设备上存储视频时，该视频的大小也可能是一个问题。

视频压缩设备通常在源侧使用软件和/或硬件对视频数据进行编码，然后进行传输或存储，从而减少表示数字视频图像所需的数据量。然后，由解码视频数据的视频解压缩设备在目的地侧接收压缩数据。在网络资源有限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。

在视频压缩中，帧间预测是一种通过明确指定相对于当前块的多个运动向量使用先前已解码的参考图像的重建样本的过程。这些运动向量可以使用多个空间或时间运动向量预测值被译码为预测残差。这些运动向量可以具有分像素精度。为了从重建整数位置值中推导出参考帧中的分像素精度的像素值，应用了一种插值滤波器。

双向预测是指一种将当前块的预测块推导为使用与两个参考图像区域对应的两个运动向量推导出的两个预测块的加权组合的过程。在这种情况下，除这些运动向量之外，参考图像的参考索引也需要进行译码，这两个参考块是从这些参考图像中推导出的。当前块的这些运动矢量还可以通过一种融合过程推导出，在融合过程中继续使用空间邻块的运动矢量和参考索引，无需对任何运动矢量残差进行译码。除空间邻块之外，先前已译码的参考帧的运动矢量也被存储并作为运动矢量进行适当缩放的时间融合候选，以考虑这些参考帧的距离(相对于当前块的参考帧的距离)。

双向预测光流(bi-predictive Optical flow，BPOF)是一种基于样本的运动修正过程，以基于块的双向预测运动补偿为基础。由于传统光流估计方法具有复杂度高或压缩效率低的问题，因此需要多种改进的进行基于光流的帧间预测的装置及方法。

发明内容

本发明各个示例提供了多种使用光流通过双向帧间预测对一个图像进行编码和解码的帧间预测装置及方法，能够提高视频信号的效率。本发明在本文件中包括的各个示例和多项权利要求中进行详细说明。

根据第一方面，本发明涉及一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测的方法。所述方法包括：

确定所述当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

注意的是，所述当前块可以是任何大小的块，例如4×4块。所述当前块可以是所述视频信号一帧中的一个子块。所述当前块的各个像素可以通过所述像素相对于所述帧的左上顶点(例如左上角像素)的绝对位置(例如(x,y))索引到，或通过所述像素相对于所述块的左上顶点(例如左上角像素)的相对位置(例如(xBlock+i,yBlock+j))索引到。这里，(xBlock,yBlock)表示所述块的左上顶点(例如左上角像素)相对于所述帧的左上顶点(例如左上角像素)的坐标。

可以理解的是，术语“预测像素值/预测样本值”、术语“样本/像素”和“样本位置/像素位置”在本发明中可以互换。

所述第一矩阵和所述第二矩阵可以是包括多行多列的任意二维阵列，所述阵列的一个元素可以通过(i,j)索引到，其中，x为水平/行索引，y为垂直/列索引。i和j的范围可以为i＝xBlock–1,...,xBlock+4，j＝yBlock–1,...,yBlock+4，等等。所述第一矩阵和所述第二矩阵与所述当前块对应，或者是针对所述当前块确定的。在一些示例中，所述第一矩阵的大小与所述第二矩阵的大小相同，所述第二矩阵的大小可以大于所述当前块的大小。例如，所述第一矩阵和所述第二矩阵的大小可以为6×6，而所述当前块的大小为4×4。

如果所述第一矩阵的一个元素(第一元素)在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(x,y)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一水平预测样本梯度与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二水平预测样本梯度与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第一水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。同理，所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第二水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。

所述第一垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第一参考帧对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第二参考帧对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。同理，所述第二垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。

一个矩阵的每个元素是根据两个项之和获得的表示，所述元素可以被确定为两个项之和，也可以被确定为在处理两个项之和后获得的一个值。上述处理可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。类似地，一个项是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的表示，所述项可以取所述第一矩阵的所述元素的值或在处理所述第一矩阵的所述元素之后取其值，并且应用所述第二矩阵的所述元素的符号。上述处理所述第一矩阵的所述元素可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。元素x的符号可以确定为：

通过本文提供的技术，根据所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移调整所述当前块的多个双向预测样本值。所述垂直运动偏移是根据第五变量s₅计算得到的，这只涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。同理，求和也不涉及任何乘法运算。因此，本文提供的基于BDOF的帧间预测技术不需要乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第五变量s₅的位深度。这样减小了所述水平运动偏移v_x和所述垂直运动偏移v_y的位深度，而且还显著降低了预测的计算复杂度和乘法器的大小。

根据所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅推导出的，其中，所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和，所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

注意的是，如果所述第三矩阵的一个元素(第一元素)在所述第三矩阵中的位置(k,l)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(k,l)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一预测样本与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一预测样本位于所述当前块的所述第一参考帧中。所述第二预测样本与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二预测样本位于所述当前块的所述第二参考帧中。所述第一预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第一预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。同理，所述第二预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第二预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。

在计算所述当前块的垂直运动偏移中涉及的其它值，即所述第二变量s₂和所述第四变量s₂，也不涉及乘法运算。与所述第五变量类似s₅，所述第四变量s₄的计算仅涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。此外，求和也不涉及任何乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第四变量s₄的位深度。类似地，计算所述第二变量s₂涉及取所述第二矩阵的多个元素的绝对值，不涉及乘法运算。这样，也减小了s₂的位深度。因此，在计算所述垂直运动偏移时，所得结果的位深度也减小了，而且计算复杂度显著降低。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述水平运动偏移是根据第一变量s₁和第三变量s₃推导出的，所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和，所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

所述第三矩阵的所述元素(第三元素)与所述第一矩阵的所述元素(第一元素)对应表示，所述第一元素在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第三元素在所述第三矩阵中的位置(k,l)相同，即(x,y)＝(k,l)。

根据所述第一变量s₁和所述第三变量s₃推导出所述水平运动偏移，能够进一步降低计算复杂度。所述第一变量s₁和所述第三变量s₃的计算都不涉及乘法运算，而是仅涉及取绝对值、取符号运算和求和运算。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述水平运动偏移是根据以下方程确定的：

其中，v_x表示所述水平运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₁和s₃确定v_x的可能方法。s₁和s₃的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述水平运动偏移能够高效确定所述水平运动偏移。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述垂直运动偏移v_y是根据以下方程确定的：

其中，v_x表示所述水平运动偏移，v_y表示所述垂直运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₂、s₄和s₅确定v_y的可能方法。s₂、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_y确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述垂直运动偏移能够高效确定所述垂直运动偏移。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

在一些示例中，I⁽⁰⁾是一个块，包括所述第一参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽⁰⁾可以是所述第一个参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。类似地，I⁽¹⁾是一个块，包括所述第二参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽¹⁾可以是所述第二参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。

如果所述当前块是4×4块，并且I⁽⁰⁾和I⁽¹⁾都是6×6块，则G_x0和G_x1都是一个6×6块。

注意的是，在计算自相关项和互相关项s₁、s₂、s₃、s₄和s₅时，移位可以用于调整s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的精度和/或位深度。

还要注意的是，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x和v_y确定过程的计算复杂度。v_x和v_y是根据上述结合s₁、s₂、s₃、s₄和s₅所示的自相关项和互相关项推导出的。如果项(I⁽¹⁾-I⁽⁰⁾)变为(I⁽⁰⁾-I⁽¹⁾)，则v_x和v_y可以被确定为

和

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述当前块中的所述多个预测样本值为基于双向光流(bi-directionaloptical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

根据第二方面，本发明涉及一种对视频数据进行编码的设备。所述设备包括：

视频数据存储器；

视频编码器，其中，所述视频编码器用于：

确定视频信号的当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

注意的是，所述当前块可以是任何大小的块，例如4×4块。所述当前块可以是所述视频信号一帧中的一个子块。所述当前块的各个像素可以通过所述像素相对于所述帧的左上顶点的绝对位置(例如(x,y))索引到，或通过所述像素相对于所述块的左上顶点的相对位置(例如(xBlock+i,yBlock+j))索引到。这里，(xBlock,yBlock)表示所述块的左上顶点相对于所述帧的左上顶点的坐标。

所述第一矩阵和所述第二矩阵可以是包括多行多列的任意二维阵列，所述阵列的一个元素可以通过(i,j)索引到，其中，x为水平/行索引，y为垂直/列索引。i和j的范围可以为i＝xBlock–1,...,xBlock+4，j＝yBlock–1,...,yBlock+4，等等。所述第一矩阵和所述第二矩阵与所述当前块对应，或者是针对所述当前块确定的。在一些示例中，所述第一矩阵的大小与所述第二矩阵的大小相同，所述第二矩阵的大小可以大于所述当前块的大小。例如，所述第一矩阵和所述第二矩阵的大小可以为6×6，而所述当前块的大小为4×4。

如果所述第一矩阵的一个元素(第一元素)在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(x,y)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一水平预测样本梯度与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二水平预测样本梯度与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第一水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。同理，所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第二水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。

所述第一垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第一参考帧对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第二参考帧对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。同理，所述第二垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。

一个矩阵的每个元素是根据两个项之和获得的表示，所述元素可以被确定为两个项之和，也可以被确定为在处理两个项之和后获得的一个值。上述处理可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。类似地，一个项是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的表示，所述项可以取所述第一矩阵的所述元素的值或在处理所述第一矩阵的所述元素之后取其值，并且应用所述第二矩阵的所述元素的符号。上述处理所述第一矩阵的所述元素可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。元素x的符号可以确定为：

通过本文提供的技术，根据所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移调整所述当前块的多个双向预测样本值。所述垂直运动偏移是根据第五变量s₅计算得到的，这只涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。同理，求和也不涉及任何乘法运算。因此，本文提供的基于BDOF的帧间预测技术不需要乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第五变量s₅的位深度。这样减小了所述水平运动偏移v_x和所述垂直运动偏移v_y的位深度，而且还显著降低了预测的计算复杂度和乘法器的大小。

根据第三方面，本发明涉及一种对视频数据进行解码的设备。所述设备包括：

视频数据存储器；

视频解码器，其中，所述视频解码器用于：

确定视频信号的当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

注意的是，所述当前块可以是任何大小的块，例如4×4块。所述当前块可以是所述视频信号一帧中的一个子块。所述当前块的各个像素可以通过所述像素相对于所述帧的左上顶点的绝对位置(例如(x,y))索引到，或通过所述像素相对于所述块的左上顶点的相对位置(例如(xBlock+i,yBlock+j))索引到。这里，(xBlock,yBlock)表示所述块的左上顶点相对于所述帧的左上顶点的坐标。

所述第一矩阵和所述第二矩阵可以是包括多行多列的任意二维阵列，所述阵列的一个元素可以通过(i,j)索引到，其中，x为水平/行索引，y为垂直/列索引。i和j的范围可以为i＝xBlock–1,...,xBlock+4，j＝yBlock–1,...,yBlock+4，等等。所述第一矩阵和所述第二矩阵与所述当前块对应，或者是针对所述当前块确定的。在一些示例中，所述第一矩阵的大小与所述第二矩阵的大小相同，所述第二矩阵的大小可以大于所述当前块的大小。例如，所述第一矩阵和所述第二矩阵的大小可以为6×6，而所述当前块的大小为4×4。

如果所述第一矩阵的一个元素(第一元素)在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(x,y)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一水平预测样本梯度与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二水平预测样本梯度与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的样本生成的。所述第一水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第一水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。同理，所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第二水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。

所述第一垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第一参考帧对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第二参考帧对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。同理，所述第二垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。

一个矩阵的每个元素是根据两个项之和获得的表示，所述元素可以被确定为两个项之和，也可以被确定为在处理两个项之和后获得的一个值。上述处理可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。类似地，一个项是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的表示，所述项可以取所述第一矩阵的所述元素的值或在处理所述第一矩阵的所述元素之后取其值，并且应用所述第二矩阵的所述元素的符号。上述处理所述第一矩阵的所述元素可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。元素x的符号可以确定为：

通过本文提供的技术，根据所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移调整所述当前块的多个双向预测样本值。所述垂直运动偏移是根据第五变量s₅计算得到的，这只涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。同理，求和也不涉及任何乘法运算。因此，本文提供的基于BDOF的帧间预测技术不需要乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第五变量s₅的位深度。这样减小了所述水平运动偏移v_x和所述垂直运动偏移v_y的位深度，而且还显著降低了预测的计算复杂度和乘法器的大小。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅推导出的，其中，

所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

注意的是，如果所述第三矩阵的一个元素(第一元素)在所述第三矩阵中的位置(k,l)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(k,l)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一预测样本与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一预测样本位于所述当前块的所述第一参考帧中。所述第二预测样本与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二预测样本位于所述当前块的所述第二参考帧中。所述第一预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第一预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。同理，所述第二预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第二预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。

在计算所述当前块的垂直运动偏移中涉及的其它值，即所述第二变量s₂和所述第四变量s₂，也不涉及乘法运算。与所述第五变量类似s₅，所述第四变量s₄的计算仅涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。此外，求和也不涉及任何乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第四变量s₄的位深度。类似地，计算所述第二变量s₂涉及取所述第二矩阵的多个元素的绝对值，不涉及乘法运算。这样，也减小了s₂的位深度。因此，在计算所述垂直运动偏移时，所得结果的位深度也减小了，而且计算复杂度显著降低。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述水平运动偏移是根据第一变量s₁和第三变量s₃推导出的；

所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

所述第三矩阵的所述元素(第三元素)与所述第一矩阵的所述元素(第一元素)对应表示，所述第一元素在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第三元素在所述第三矩阵中的位置(k,l)相同，即(x,y)＝(k,l)。

根据所述第一变量s₁和所述第三变量s₃推导出所述水平运动偏移，能够进一步降低计算复杂度。所述第一变量s₁和所述第三变量s₃的计算都不涉及乘法运算，而是仅涉及取绝对值、取符号运算和求和运算。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述水平运动偏移是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₁和s₃确定v_x的可能方法。s₁和s₃的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述水平运动偏移能够高效确定所述水平运动偏移。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述垂直运动偏移v_y是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移，

v_y表示所述垂直运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₂、s₄和s₅确定v_y的可能方法。s₂、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_y确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述垂直运动偏移能够高效确定所述垂直运动偏移。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

在一些示例中，I⁽⁰⁾是一个块，包括所述第一参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽⁰⁾可以是所述第一个参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。类似地，I⁽¹⁾是一个块，包括所述第二参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽¹⁾可以是所述第二参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。

如果所述当前块是4×4块，并且I⁽⁰⁾和I⁽¹⁾都是6×6块，则G_x0和G_x1都是一个6×6块。

注意的是，在计算自相关项和互相关项s₁、s₂、s₃、s₄和s₅时，移位可以用于调整s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的精度和/或位深度。

还要注意的是，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x和v_y确定过程的计算复杂度。v_x和v_y是根据上述结合s₁、s₂、s₃、s₄和s₅所示的自相关项和互相关项推导出的。如果项(I⁽¹⁾-I⁽⁰⁾)变为(I⁽⁰⁾-I⁽¹⁾)，则v_x和v_y可以被确定为

和

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

根据所述第二和第三方面或所述第二和第三方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述当前块中的所述多个预测样本值为基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

根据第四方面，本发明涉及一种对视频信号的当前块执行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测的装置。所述装置包括：

确定单元，用于确定所述当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

预测处理单元，用于使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，预测所述当前块的多个预测样本值。

注意的是，所述当前块可以是任何大小的块，例如4×4块。所述当前块可以是所述视频信号一帧中的一个子块。所述当前块的各个像素可以通过所述像素相对于所述帧的左上顶点的绝对位置(例如(x,y))索引到，或通过所述像素相对于所述块的左上顶点的相对位置(例如(xBlock+i,yBlock+j))索引到。这里，(xBlock,yBlock)表示所述块的左上顶点相对于所述帧的左上顶点的坐标。

所述第一矩阵和所述第二矩阵可以是包括多行多列的任意二维阵列，所述阵列的一个元素可以通过(i,j)索引到，其中，x为水平/行索引，y为垂直/列索引。i和j的范围可以为i＝xBlock–1,...,xBlock+4，j＝yBlock–1,...,yBlock+4，等等。所述第一矩阵和所述第二矩阵与所述当前块对应，或者是针对所述当前块确定的。在一些示例中，所述第一矩阵的大小与所述第二矩阵的大小相同，所述第二矩阵的大小可以大于所述当前块的大小。例如，所述第一矩阵和所述第二矩阵的大小可以为6×6，而所述当前块的大小为4×4。

如果所述第一矩阵的一个元素(第一元素)在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(x,y)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一水平预测样本梯度与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二水平预测样本梯度与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第一水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。同理，所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第二水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。

所述第一垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第一参考帧对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的多个样本生成的。所述第二垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第二参考帧对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的多个样本生成的。所述第一垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。同理，所述第二垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。

一个矩阵的每个元素是根据两个项之和获得的表示，所述元素可以被确定为两个项之和，也可以被确定为在处理两个项之和后获得的一个值。上述处理可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。类似地，一个项是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的表示，所述项可以取所述第一矩阵的所述元素的值或在处理所述第一矩阵的所述元素之后取其值，并且应用所述第二矩阵的所述元素的符号。上述处理所述第一矩阵的所述元素可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。元素x的符号可以确定为：

通过本文提供的技术，根据所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移调整所述当前块的多个双向预测样本值。所述垂直运动偏移是根据第五变量s₅计算得到的，这只涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。同理，求和也不涉及任何乘法运算。因此，本文提供的基于BDOF的帧间预测技术不需要乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第五变量s₅的位深度。这样减小了所述水平运动偏移v_x和所述垂直运动偏移v_y的位深度，而且还显著降低了预测的计算复杂度和乘法器的大小。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述确定单元用于根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅确定所述垂直运动偏移，其中，

所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

注意的是，如果所述第三矩阵的一个元素(第一元素)在所述第三矩阵中的位置(k,l)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(k,l)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一预测样本与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一预测样本位于所述当前块的所述第一参考帧中。所述第二预测样本与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二预测样本位于所述当前块的所述第二参考帧中。所述第一预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第一预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。同理，所述第二预测样本与所述第三矩阵的所述元素对应表示，所述第二预测样本位于所述第三矩阵中的所述元素的位置(k,l)上。

在计算所述当前块的垂直运动偏移中涉及的其它值，即所述第二变量s₂和所述第四变量s₂，也不涉及乘法运算。与所述第五变量类似s₅，所述第四变量s₄的计算计算仅涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。此外，求和也不涉及任何乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第四变量s₄的位深度。类似地，计算所述第二变量s₂涉及取所述第二矩阵的多个元素的绝对值，不涉及乘法运算。这样，也减小了s₂的位深度。因此，在计算所述垂直运动偏移时，所得结果的位深度也减小了，而且计算复杂度显著降低。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述确定单元用于根据第一变量s₁和第三变量s₃确定所述水平运动偏移，其中，

所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

所述第三矩阵的所述元素(第三元素)与所述第一矩阵的所述元素(第一元素)对应表示，所述第一元素在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第三元素在所述第三矩阵中的位置(k,l)相同，即(x,y)＝(k,l)。

根据所述第一变量s₁和所述第三变量s₃推导出所述水平运动偏移，能够进一步降低计算复杂度。所述第一变量s₁和所述第三变量s₃的计算都不涉及乘法运算，而是仅涉及取绝对值、取符号运算和求和运算。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述确定单元用于根据以下方程确定所述水平运动偏移：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₁和s₃确定v_x的可能方法。s₁和s₃的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述水平运动偏移能够高效确定所述水平运动偏移。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述确定单元用于根据以下方程确定所述垂直运动偏移v_y：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移，

v_y表示所述垂直运动偏移。

这是一种根据自相关项和互相关项s₂、s₄和s₅确定v_y的可能方法。s₂、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_y确定过程的计算复杂度。因此，以这种方式计算所述垂直运动偏移能够高效确定所述垂直运动偏移。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

在一些示例中，I⁽⁰⁾是一个块，包括所述第一参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽⁰⁾可以是所述第一个参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。类似地，I⁽¹⁾是一个块，包括所述第二参考帧中的位于与所述当前块对应的子块周围的多个预测样本。例如，如果所述当前块是4×4块，则I⁽¹⁾可以是所述第二参考帧中的位于与所述4×4当前块对应的4×4块周围的一个6×6块。

如果所述当前块是4×4块，并且I⁽⁰⁾和I⁽¹⁾都是6×6块，则G_x0和G_x1都是一个6×6块。

注意的是，在计算自相关项和互相关项s₁、s₂、s₃、s₄和s₅时，移位可以用于调整s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的精度和/或位深度。

还要注意的是，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅的确定不需要乘法运算，这样显著降低了v_x和v_y确定过程的计算复杂度。v_x和v_y是根据上述结合s₁、s₂、s₃、s₄和s₅所示的自相关项和互相关项推导出的。如果项(I⁽¹⁾-I⁽⁰⁾)变为(I⁽⁰⁾-I⁽¹⁾)，则v_x和v_y可以被确定为

和

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

在一些示例中，所述与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本具有相同的垂直坐标和不同的水平坐标。所述与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本具有相同的水平坐标和不同的垂直坐标。所述两个预测样本都可以在计算所述差值之前进行处理，例如右移、左移或限幅(clipping)。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

根据所述第四方面或所述第四方面的任一上述实现方式，在所述设备的一种可能实现方式中，所述当前块的预测样本值为基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

本发明一些方面提供的方法可以由本发明一些方面提供的装置执行。通过本发明一些方面提供的装置的功能及其不同实现方式可以直接实现本发明一些方面提供的方法的其它特征和实现方式。

注意的是，一种译码设备可以是一种编码设备或解码设备。

根据另一方面，本发明涉及一种对视频流进行解码的装置。所述装置包括处理器和存储器。所述存储器存储使得所述处理器执行上述方法的指令。

根据另一方面，本发明涉及一种对视频流进行编码的装置。所述装置包括处理器和存储器。所述存储器存储使得所述处理器执行上述方法的指令。

根据另一方面，提供了一种存储有指令的计算机可读存储介质。所述指令在执行时，使得一个或多个处理器用于对视频数据进行译码。所述指令使得所述一个或多个处理器执行上述方法。

根据另一方面，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。当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行上述方法。

以下附图和说明书详细阐述了一个或多个实施例。其它特征、目的和优点在说明书、附图和权利要求书中是显而易见的。

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

根据以下具体实施方式结合附图和权利要求书能更清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

本发明的其它实施例将结合以下附图进行描述。

图1A为一种用于实现本文提供的各个实施例的视频译码系统的一个示例的框图。

图1B为一种用于实现各个实施例的视频译码系统的另一个示例的框图。

图2为一种用于实现本文提供的各个实施例的视频编码器的一个示例的框图。

图3为一种用于实现本文提供的各个实施例的视频解码器的一种示例性结构的框图。

图4为一种编码装置或解码装置的一个示例的框图。

图5为一种编码装置或解码装置的另一个示例的框图。

图6为用于计算梯度的自相关性和互相关性的6×6窗口与4×4子块之间的关系。

图7为双向预测光流的一个示例的框图。

图8为一个实施例提供的一种进行基于光流的帧间预测的过程的一个示例的流程图。

图9为一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional opticalflow，BDOF)的帧间预测的方法的一个示例的流程图。

图10为一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional opticalflow，BDOF)的帧间预测的装置的一种示例性结构的框图。

图11为一种提供内容分发业务的内容供应系统的一种示例性结构的框图。

图12为一种终端设备的一个示例的一种结构的框图。

在各种附图中，相同的附图标记用于表示相同或在功能上等效的特征。

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可以实施本发明的具体方面的附图。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面，并可以做出结构上或逻辑上的改变。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，理解的是，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步骤)，即使附图中未明确描述或示出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示出这样的一个或多个步骤。此外，应当理解的是，除非另外明确说明，本文中所描述的各种示例性实施例和/或方面的特征可以相互组合。

本发明提供了一种技术，其根据光流的计算得到第一分量来计算光流的第二分量，而且不需要任何高成本的乘法运算。该技术在启用BPOF时既能够用于编码端，也能够用于解码端，提供了多种进行基于光流的帧间预测的改进装置及方法，这样相比于传统BPOF，提高了压缩效率，而且没有增加BPOF的计算复杂度。

为了详细描述本发明，使用以下术语、缩略语和符号：

POC Picture Order Count in display order 显示顺序下的图像顺序编号

MV Motion Vector 运动矢量

MVP Motion Compensated Prediction 运动补偿预测

HEVC High Efficient Video Coding 高效视频编码

BPOF BI-predictive Optical-flow based decoder side correction forMCP用于MCP的基于双向预测光流的解码端校正

BDOF Bi-Directional Optical Flow 双向光流

本文使用的视频信号或视频序列是一组呈现运动图像的后续帧。换句话说，视频信号或视频序列包括多个帧(也称为图像(picture/image))。

本文使用的编码树单元(coding tree unit，CTU)表示预定义大小的视频序列的译码结构的根，包括帧的一部分(例如64×64像素)。一个CTU可以分割成多个CU。

本文使用的编码单元(coding unit，CU)表示预定义大小的视频序列的基本译码结构，包括帧的一部分且属于CTU。一个CU可以进一步分割成更多个CU。

本文使用的预测单元(prediction unit，PU)表示译码结构，是分割CU得到的结果。

如本文所述，本文档中的术语“并置(co-located)”表示第二帧(即参考帧)中的块或区域与第一帧(即当前帧)中的实际块或区域对应。

视频译码通常是指处理组成视频或视频序列的一系列图像。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”应当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(假设存储或传输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，以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。

几个视频编码标准属于“有损混合型视频编解码器”组(即，将样本域中的空间预测和时间预测与变换域中进行量化的二维变换译码相结合)。视频序列中的每个图像通常分割成一组不重叠的块，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/待处理的块)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，而在解码器侧，对经编码或压缩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，编码器和解码器具有相同的处理步骤，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为一种示例性译码系统10的示意性框图，例如可以实现本文提供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)为两个示例，即可以用于根据本文描述的各种示例执行各种技术的设备。

如图1A所示，译码系统10包括源设备12，源设备12用于将经编码图像数据21提供给目的地设备14等，以对经编码图像数据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可以包括任何类型的图像捕获设备，例如用于捕获真实世界图像的相机，以及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。图像源16还可以包括任何类型的用于获取和/或提供真实世界图像、计算机生成的图像(例如屏幕内容、虚拟现实(virtual reality，VR)图像)和/或其任意组合(例如增强现实(augmented reality，AR)图像)的其它设备。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(trimming)、颜色格式转换(例如从RGB转换为YCbCr)、调色或去噪。

视频编码器20用于接收预处理图像数据19并提供经编码图像数据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图像数据21，并通过通信信道13将经编码图像数据21(或对经编码图像数据21进一步处理后得到的数据)发送给另一设备(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(例如经编码图像数据存储设备)等任何其它源，接收经编码图像数据21(或对经编码图像数据21进一步处理后得到的数据)，并将经编码图像数据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)发送或接收经编码图像数据21或经编码数据21。

例如，通信接口22可以用于将经编码图像数据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(例如经编码图像数据传输)相关的任何其它信息，等等。

目的地设备14中的解码器30用于接收经编码图像数据21并提供经解码图像数据31或经解码图像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用于对经解码图像数据31(也称为重建图像数据)(例如经解码图像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(trimming)或重采样，或者任何其它处理，以便提供经解码图像数据31由显示设备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用于表示重建图像的显示器，例如集成或外部显示器或显示屏。例如，显示器可以包括液晶显示器(liquid crystaldisplay，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(liquid crystal on silicon，LCoS)显示器、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，源设备12或对应功能以及目的地设备14或对应功能可以使用相同的硬件和/或软件或通过单独的硬件和/或软件或其任意组合来实现。

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可以通过图1B所示的处理电路来实现，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描述的各种模块和/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描述的各种模块和/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描述的各种操作。如图5所示，如果上述技术部分在软件中实现，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，以执行本发明中的技术。视频编码器20或视频解码器30可以作为组合编解码器(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(notebook/laptop)电脑、手机、智能手机、平板或平板电脑、摄像机、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、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，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，本文提供的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，通过网络流式传输，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(例如)参考由ITU-T视频编码专家组(Video Coding ExpertsGroup，VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(Motion Picture Experts Group，MPEG)的视频编码联合协作团队(Joint Collaboration Team on Video Coding，JCT-VC)开发的高效视频编码(High-Efficiency Video Coding，HEVC)或下一代视频编码标准通用视频编码(Versatile Video Coding，VVC)参考软件来描述本发明实施例。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为一种用于实现本文提供技术的示例性视频编码器20的示意框图。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的后向信号路径与解码器(参见图3中的视频解码器30)的信号路径对应。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可以是组成视频或视频序列的一系列图像中的图像。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(例如先前的经编码和/或解码图像)区分开)。

(数字)图像可以视为由具有强度值的样本(sample)组成的二维阵列或矩阵。阵列中的样本也可以称为像素(pixel或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大小和/或分辨率。为了表示颜色，通常采用3个颜色分量，即图像可以表示为或可以包括3个样本阵列。在RGB格式或颜色空间中，一个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2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2个色度(chrominance，简写为chroma)分量Cb和Cr表示色度或颜色信息分量。因此，YCbCr格式的图像包括由亮度样本值(sample value)(Y)组成的亮度样本阵列和2个由色度值(Cb和Cr)组成的色度样本阵列。RGB格式的图像可以转换或变换为YCbCr格式，反之亦然。该过程也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样本阵列。相应地，例如，图像可以为例如黑白格式的亮度样本阵列或4:2:0、4:2:2和4:4:4颜色格式的亮度样本阵列和2个对应的色度样本阵列。

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(H.265/HEVC和VVC中的)编码树块(coding tree block，CTB)或编码树单元(coding treeunit，CTU)。图像分割单元可以用于对视频序列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多个对应块。

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类似，图像块203可以同样视为具有强度值(样本值)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，根据所应用的颜色格式，块203可以包括(例如)一个样本阵列(例如黑白图像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3个样本阵列(例如彩色图像17情况下的1个亮度阵列和2个色度阵列)或任何其它数量和/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的大小。相应地，一个块可以为M×N(M列×N行)的样本阵列，或M×N的变换系数阵列等。

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。在实施例中，图2所示的视频编码器20还可以用于使用条带(slice)(也称为视频条带)对图像进行分割和/或编码。一个图像可以分割成一个或多个条带(通常不重叠)或使用一个或多个条带(通常不重叠)进行编码，每个条带可以包括一个或多个块(例如CTU)。

在实施例中，图2所示的视频编码器20还可以用于使用分块(tile)组(也称为视频分块组)和/或分块(也称为视频分块)对图像进行分割和/或编码。一个图像可以分割成一个或多个分块组(通常不重叠)或使用一个或多个分块组(通常不重叠)进行编码；每个分块组可以包括一个或多个块(例如CTU)或一个或多个分块等；每个分块可以为矩形等，可以包括一个或多个完整或部分块(例如CTU)等。

残差计算

残差计算单元204可以用于通过以下方式根据图像块203和预测块265(后续详细介绍了预测块265)来计算残差块205(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的样本值中减去预测块265的样本值。

变换

变换处理单元206可以用于对残差块205的样本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可以用于进行DCT/DST(例如为H.265/HEVC指定的变换)的整数化近似。与正交DCT变换相比，这种整数化近似通常通过某一因子进行缩放(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、精度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可以用于通过进行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。

量化过程可以减小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位变换系数向下四舍五入到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，可以进行不同程度的缩放来实现较细或较粗的量化。较小量化步长对应较细的量化，而较大量化步长对应较粗的量化。可以通过量化参数(quantization parameter，QP)表示合适的量化步长。例如，量化参数可以为一组预定义适用的量化步长的索引。例如，较小的量化参数可对应精细量化(较小量化步长)，较大的量化参数可对应粗糙量化(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括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，自定义量化表由编码器通过码流等方式向解码器指示(signal)。量化是有损操作，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 parameter，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，进行量化单元208所进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，与变换系数207对应，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用于进行变换处理单元206进行的变换的逆变换，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)用于通过以下方式将变换块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的样本值和预测块265的样本值相加。

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，或通常用于对重建样本进行滤波，得到经过滤波的样本。例如，环路滤波器单元用于顺利进行像素转变或以其它方式提高视频质量。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-adaptiveoffset，SAO)滤波器或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(例如样本自适应偏移信息)，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通常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可以由多种存储设备中的任一种组成，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(即经解码)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(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，或通常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(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，图中未显示)接收或获取原始块203(当前图像17的当前块203)等原始图像数据以及重建图像数据(例如同一(当前)图像和/或一个或多个先前的经解码图像的经过滤波和/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，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方式以及确定或选择一种预测模式(例如帧内或帧间预测模式)，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可以用于选择分割方式和预测模式(例如从模式选择单元260支持或可用的预测模式中)，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(signaling)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)确定分割方式和预测模式，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，某个值超过或低于阈值或其它约束条件，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可以用于通过以下方式将块203分割成更小的分割块(partition)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，并且用于对分割块或子块中的每一个执行预测等，其中，模式选择包括选择分割块203的树结构，并且对分割块或子块中的每一个使用预测模式。

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)成更小的分割块，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块。这也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)。未进一步分割的块也称为树的叶块或叶节点。分割成2个分割块的树称为二叉树(binary-tree，BT)，分割成3个分割块的树称为三叉树(ternary-tree，TT)，分割成4个分割块的树称为四叉树(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。参考HEVC和VVC等，块可以为或可以对应于编码树单元(coding tree unit，CTU)、编码单元(coding unit，CU)、预测单元(prediction unit，PU)和变换单元(transform unit，TU)，和/或对应于多个对应块，例如编码树块(coding tree block，CTB)、编码块(codingblock，CB)、变换块(transform block，TB)或预测块(prediction block，PB)。

例如，编码树单元(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组成的1个CTB以及色度样本组成的2个对应CTB，或者可以为或可以包括黑白图像或使用3个单独颜色平面和语法结构进行译码的图像中的样本组成的1个CTB。这些语法结构用于对样本进行译码。相应地，编码树块(coding tree block，CTB)可以为N×N的样本块，其中，N可以设为某个值，使得一个分量划分为多个CTB，这就是一种分割方式。编码单元(coding unit，CU)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组成的1个编码块以及色度样本组成的2个对应编码块，或者黑白图像或使用3个单独颜色平面和语法结构进行的图像中的样本组成的1个编码块。这些语法结构用于对样本进行译码。相应地，编码块(coding block，CB)可以为一个M×N的样本块，其中，M和N可以设为某个值，使得一个CTB划分为多个编码块，这就是一种分割方式。

在实施例中，例如根据HEVC，可以使用表示为编码树的四叉树结构将编码树单元(coding tree unit，CTU)划分成多个CU。在CU级决定是使用帧间(时间)预测还是帧内(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1个、2个或4个PU。一个PU内进行相同的预测过程，并以PU为单位向解码器发送相关信息。在根据PU划分类型进行预测过程获取残差块之后，可以根据与用于CU的编码树类似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称为通用视频编码(Versatile Video Coding，VVC)的最新视频编码标准，使用四叉树结合二叉树(quad-tree and binary-tree，QTBT)分割等来分割编码块。在QTBT块结构中，一个CU可以为正方形或矩形。例如，编码树单元(coding tree unit，CTU)首先通过四叉树结构进行分割。四叉树叶节点通过二叉树或三叉(ternary/triple)树结构进一步分割。分割树叶节点称为编码单元(coding unit，CU)，这种分割(segmentation)用于预测和变换处理，无需任何进一步分割。这表示在QTBT编码块结构中，CU、PU和TU的块大小相同。与此同时，三叉树分割等多重分割与QTBT块结构一起使用

在一些实施例中，例如在VVC标准草案中，为了构建相对于CTU具有有限内存的硬件处理流水线(pipeline)，定义了虚拟流水数据单元(virtual pipeline data unit，VPDU)。VPDU是一种将一个CTU虚拟地分割成包括亮度样本和对应色度样本的多个均匀子块的分割方式，在该CTU内的各个分割块之间使用一种具体的处理顺序，这样给定VPDU的处理不依赖于处理顺序中的任何其它后续VPDU的处理。但是，某些语法元素仍然可以在CTU级码流中指示，并且适用于该CTU中的所有VPDU。可以对分割方式使用某些限制条件，以确保一个编码单元完全跨越一个或多个VPDU，但不能部分覆盖一个VPDU。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(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，例如像DC(或均值)模式和平面模式的非方向性模式或如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，使用同一当前图像的相邻块的重建样本来生成帧内预测块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，以包含在经编码图像数据21中，使得(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)上述存储在DPB 230中的至少部分经解码图像)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/或例如取决于是否进行像素插值，例如二分之一/半像素插值和/或四分之一像素插值。除上述预测模式之外，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的当前图像块203)和经解码图像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/不同的先前经解码图像231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的经解码图像231，或换句话说，当前图像和先前的经解码图像231可以为一系列图像的一部分或组成一系列图像，这一系列图像组成视频序列。

例如，编码器20可以用于从多个其它图像中的同一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。这种偏移也称为运动矢量(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，还可以包括执行插值以获得分像素精度。插值滤波可以根据已知像素样本生成其它像素样本，从而有可能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的PU对应的运动矢量，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。除条带和相应的语法元素之外或作为条带和相应的语法元素的替代，还可以生成或使用分块(tile)组和/或分块以及相应的语法元素。

如下详细论述，在执行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测等帧间预测时提供帧间预测单元使用的更精确的运动矢量预测，本文提供的各个实施例改进了帧间预测单元244。

熵编码

熵编码单元270用于将熵编码算法或方案(例如可变长度编码(variable lengthcoding，VLC)方案、上下文自适应VLC(context adaptive VLC，CAVLC)方案、算术编码方案、二值化，上下文自适应二进制算术编码(context adaptive binary arithmetic coding，CABAC)、基于语法的上下文自适应二进制算术编码(syntax-based context-adaptivebinary arithmetic coding，SBAC)、概率区间分割熵(probability intervalpartitioning entropy，PIPE)编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以经编码码流21等形式输出的经编码图像数据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。可以将经编码码流21发送给视频解码器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可以在没有变换处理单元206的情况下针对某些块或帧直接量化残差信号。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示出了一种用于实现本申请中技术的视频解码器30的一个示例。视频解码器30用于接收(例如)由编码器20编码的经编码图像数据21(例如经编码码流21)，得到经解码图像331。经编码图像数据或码流包括用于对该经编码图像数据进行解的信息，例如表示经编码视频条带(和/或分块组或分块)的图像块的数据和相关语法元素。

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(或通常称为经编码图像数据21)并对经编码图像数据21执行熵解码等，得到量化系数309和/或经解码编码参数(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还可以用于将帧间预测参数、帧内预测参数和/或其它语法元素提供给模式应用单元360，并将其它参数提供给解码器30中的其它单元。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。除条带和相应的语法元素之外或作为条带和相应的语法元素的替代，还可以接收或使用分块组和/或分块以及相应的语法元素。

反量化

反量化单元310可以用于从经编码图像数据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)(或通常称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为视频条带(或分块(tile)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(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(例如通过熵解码单元304等解析和/或解码)从经编码图像数据21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)可以用于通过以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的样本值和预测块365的样本值相加。

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-adaptive offset，SAO)滤波器或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

随后将一个图像的经解码视频块321存储在解码图像缓冲区330中，解码图像缓冲区330存储经解码图像331作为参考图像，以便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等输出经解码图像311，向用户显示或供用户观看。

预测

帧间预测单元344在功能上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在功能上可以与帧间预测单元254相同，并根据从经编码图像数据21(例如通过熵解码单元304等解析和/或解码)接收的分割方式和/或预测参数或相应的信息来执行划分或分割决策和执行预测。模式应用单元360可以用于根据重建图像、块或相应的样本(经过滤波或未经滤波)对每个块执行预测(帧内或帧间预测)，得到预测块365。

当视频条带译码为经帧内译码(I)条带时，模式应用单元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的先前经解码块的数据为当前视频条带的图像块生成预测块365。当视频图像译码为经帧间译码(即B或P)条带时，模式应用单元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为当前视频条带的视频块生成预测块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。除条带(例如视频条带)之外或作为条带的替代，相同或类似的过程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，视频可以使用I、P或B分块组和/或分块进行译码。

如下详细论述，在执行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测等帧间预测时提供帧间预测单元使用的更精确的运动矢量预测，本文提供的各个实施例改进了帧间预测单元344。

模式应用单元360用于通过解析运动矢量或相关信息以及其它语法元素为当前视频条带的视频块确定预测信息，并使用该预测信息为正在解码的当前视频块生成预测块。例如，模式应用单元360使用接收到的一些语法元素来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视频块的运动矢量、用于条带的每个经帧间译码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。除条带(例如视频条带)之外或作为条带的替代，相同或类似的过程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，视频可以使用I、P或B分块组和/或分块进行译码。

在实施例中，图3所示的视频解码器30可以用于使用条带(也称为视频条带)对图像进行分割和/或解码。一个图像可以分割成一个或多个条带(通常不重叠)或使用一个或多个条带(通常不重叠)进行解码，每个条带可以包括一个或多个块(例如CTU)。

在实施例中，图3所示的视频解码器30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)对图像进行分割和/或解码。一个图像可以分割成一个或多个分块组(通常不重叠)或使用一个或多个分块组(通常不重叠)进行解码；每个分块组可以包括一个或多个块(例如CTU)或一个或多个分块等；每个分块可以为矩形等，可以包括一个或多个完整或部分块(例如CTU)等。

视频解码器30的其它变型可以用于对经编码图像数据21进行解码。例如，解码器30可以在没有环路滤波器单元320的情况下生成输出视频流。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的情况下为某些块或帧直接反量化残差信号。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。

应当理解的是，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，例如限幅(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：通过平滑运算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的水平分量；mvy为一个图像块或子块的运动矢量的垂直分量；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：对值进行限幅来去除溢出的MSB：

vx＝Clip3(–2^bitDepth–1,2^bitDepth–1–1,vx) (9)

vy＝Clip3(–2^bitDepth–1,2^bitDepth–1–1,vy) (10)

其中，vx为一个图像块或子块的运动矢量的水平分量，vy为一个图像块或子块的运动矢量的垂直分量；x、y和z分别与MV限幅过程的3个输入值对应，函数Clip3的定义如下：

图4为本发明一个实施例提供的一种视频译码设备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通过硬件和软件来实现。处理器430可以实现为一个或多个CPU芯片、一个或多个核(例如多核处理器)、一个或多个FPGA、一个或多个ASIC和一个或多个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包含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、一个或多个磁带机以及一个或多个固态硬盘，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，并且可以是只读存储器(read-only memory，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(static random-access memory，SRAM)。

图5为一个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1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。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，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。

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。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。

运动矢量修正(motion vector refinement，MVR)

运动矢量通常至少部分地在编码端确定，并在经译码码流内指示(signal)给解码器。然而，这些运动矢量还可以从码流中表示的初始运动矢量开始，在解码器侧(还可以在编码器侧)对进行修正。在这种情况下，例如，可以使用初始运动矢量所指向的由已经解码的像素组成的多个片(patch)之间的相似度来提高初始运动矢量的精度。这种运动修正提供的优点是减少了指示开销，即在编码器和解码器侧以相同的方式提高了初始运动的精度，因此上述修正不需要额外指示。

注意的是，修正前的初始运动矢量可能不是产生最佳预测块的最佳运动矢量。由于在码流中指示初始运动矢量可能无法非常精确地表示初始运动矢量(这将增加码率)，因此采用运动矢量修正过程来提高初始运动矢量的精度。例如，初始运动矢量可以是在预测当前块的相邻块时使用的运动矢量。在这种情况下，在码流中指示指示信息就足够了，即表示当前块使用的相邻块的运动矢量。这种预测机制可以明显减少表示初始运动矢量需要的比特数。然而，由于通常预期两个相邻块的运动矢量是不相同的，所以初始运动矢量的精度可能会较低。

对编码端推导出的并在码流中提供(指示)的运动矢量进一步修正可能有益于在不进一步增加指示开销的情况下进一步提高运动矢量的精度。运动矢量修正可以在解码器侧执行，不需要编码器的协助。解码环路中的编码器可以通过相同的修正过程来获取对应的经修正的运动矢量，与在解码器侧可获取的一样。对当前图像中正在重建的当前块的修正通过以下方式执行：确定重建样本的模板，确定当前块的初始运动信息周围的搜索空间，在搜索空间中寻找最匹配该模板的参考图像部分。最匹配部分用来确定当前块的经修正的运动矢量，然后使用经修正的运动矢量来获取当前块(即正在重建的当前块)的帧间预测样本。运动矢量修正属于图2中的帧间预测单元(244)和图3中的帧间预测单元344的一部分。

运动矢量修正可以按照以下步骤执行。通常，可以根据码流中的指示信息来确定初始运动矢量。例如，可以在码流中指示一个索引，所述索引表示候选运动矢量列表中的位置。再如，可以在码流中指示运动矢量预测值索引和运动矢量差值。根据码流中的指示信息确定的运动矢量被定义为初始运动矢量。在双向预测的情况下，当前块的帧间预测块被获得为根据两个运动矢量MV0和MV1确定的预测样本块的加权组合。这里，MV0为列表L0中的第一参考图像的初始运动矢量，MV1为列表L1中的第二参考图像的初始运动矢量。

使用初始运动矢量确定了修正候选运动矢量(motion vector，MV)对。至少需要确定两个修正候选对。通常，修正候选运动矢量对是根据初始运动矢量对(MV0,MV1)确定的。此外，候选MV对还通过将MV0和MV1加上小的运动矢量差值来确定。例如，候选MV对可以包括以下内容：

(MV0,MV1)

(MV0+(0,1),MV1+(0,–1))

(MV0+(1,0),MV1+(–1,0))

(MV0+(0,–1),MV1+(0,1))

(MV0+(–1,0),MV1+(1,0))

...

这里，(1,–1)表示一个矢量在水平(或x)方向上的位移为1，在垂直(或y)方向上的位移为–1。注意的是，上述候选对列表仅为示例性说明，本发明并不限于具体的候选列表。在一些示例中，运动矢量修正过程的搜索空间包括修正候选运动矢量(motion vector，MV)对。

在当前块的双向预测中，使用列表L0对应的第一运动矢量和列表L1对应的第二运动矢量获得的两个预测块被组合为单个预测信号，这与单向预测相比，可以更好地适配原始信号，从而减少残差信息并有可能提高压缩效率。

在运动矢量修正中，使用候选MV对的第一运动矢量和第二运动矢量获得的两个预测块是根据每个修正候选MV对的相似度度量进行比较的。相似度度量最高的候选MV对被选择为经修正的运动矢量。与列表L0中的第一参考图像对应的经修正的运动矢量和与列表L1中的第二参考图像对应的经修正的运动矢量分别表示为MV0'和MV1'。换句话说，获取的是与候选运动矢量对的列表L0运动矢量和列表L1运动矢量对应的预测块，然后根据相似度度量比较这些预测块。关联相似度最高的候选运动矢量对被选择为经修正的MV对。

通常，修正过程的输出为经修正的MV。经修正的MV可以与初始MV相同，也可以与初始MV不同，这取决于哪个候选MV对具有最高相似度。由初始MV构成的候选MV对也属于MV对候选。换句话说，如果具有最高相似度的最高候选MV对由初始MV构成，则经修正的MV与初始MV相同。

除选择相似度度量最大的位置之外，另一种方法是选择相异度度量最小的位置。相异度比较度量可以是绝对差和(Sum of absolute differences，SAD)、去均值绝对差值之和(mean removed sum of absolute differences，MRSAD)、误差平方和(Sum ofSquared Error，SSE)等。两个预测块之间的SAD可以使用候选MV对(CMV0,CMV1)获得，SAD可以计算如下：

其中，nCbH和nCbW为预测块的高度和宽度，函数abs(a)表示参数a的绝对值，predSAmplesL0和predSAmplesL1为根据表示为(CMV0,CMV1)的候选MV对获得的预测块样本。

可选地，为了减少计算次数，相异度比较度量可以通过仅估算一个预测块中的一个样本子集来获得。下面是一个示例，其中SAD计算还包括多行样本(每两行估算一次)。

文档JVET-M1001-v3，(ITU-T SG 16WP 3和ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11的)JVET的“通用视频编码(草案4)”，介绍了运动矢量修正的一个示例，上述文档可以通过http://phenix.it-sudparis.eu/jvet/公开获取。文档中的“8.4.3解码端运动矢量修正过程(Decoder side motion vector refinement process)”这一节举例说明了运动矢量修正。

为了减少修正对内存的需求，在一些实施例中，运动矢量修正过程可以对亮度样本块独立执行。亮度样本块可以通过以下方式获得：将亮度样本中大于某一预定宽度或预定高度的样本组成的译码块分割成亮度中小于或等于该预定宽度和预定高度的样本组成的多个子块。被分割的译码块内的每个子块可以具有不同的经修正的MV对。然后，使用每个子块的经修正的MV对，对每个子块执行亮度和色度帧间预测。

将最大允许子块宽度和高度分别表示为max_sb_width和max_sb_height。一个适合应用MVR的大小为cbWidth×cbHeight的当前编码单元被分割成大小均为sbWidth×sbHeight的numSbs个子块，如下所示：

numSbs＝numSbX*numSbY (14)

numSbX＝(cbWidth>max_sb_width)？(cbWidth/max_sb_width):1 (15)

numSbY＝(cbHeight>max_sb_height)？(cbHeight/max_sb_height):1 (16)

sbWidth＝(cbWidth>max_sb_width)？max_sb_width:cbWidth (17)

sbHeight＝(cbHeight>max_sb_height)？max_sb_height:cbHeight (18)

其中，表达式(x>y)？a:b，如果x>y为真(true)，则返回值a，如果x>y为假(false)，则返回b。初始MV对的每个MV可以具有分数像素精度。换句话说，MV可以表示当前样本块与重采样后参考区域之间的位移。该位移可以指向重建参考样本的整数网格中的水平和垂直方向上的分数位置。

通常，对重建参考整数样本网格值执行二维插值，得到分数样本偏移位置上的样本值。

使用候选MV对从重建参考图像中获取预测样本的过程可以通过以下方法之一进行：

·将初始MV对的小数部分四舍五入到最近整数位置，并获取重建参考图像的整数网格值。

·执行2抽头(例如双线性)可分离的双线性插值，得到由初始MV对表示的分数像素精度的预测样本值。

·执行长抽头(例如8抽头或6抽头)可分离插值，得到由初始MV对表示的分数像素精度的预测样本值。

虽然候选MV对可以相对于初始MV对存在任意分像素精度级的偏移，但是在一些实施例中，为了简化搜索，选择候选MV对相对于初始MV对具有整数像素距离。在这类情况下，跨候选MV对的预测样本可以通过以下方式获得：对初始MV对周围的一个样本块执行预测，以覆盖初始MV对周围的所有修正位置。

在一些实施例中，在估算相对于初始MV对具有整数距离的候选MV对的相异度成本值之后，可以添加并估算相对于最佳成本值位置存在分像素精度级的偏移的其它候选MV对。使用上述方法之一获取这些位置中的每个位置的预测样本，并估算和比较相异度成本，从而获得相异度最低的位置。在其它实施例中，为了避免对最佳成本整数距离位置周围的每个分像素距离位置进行这种高计算成本的预测过程，记住估算出的整数距离成本值，并且在最佳整数距离位置附近拟合参数误差面。然后，分析计算该误差面的最小位置，并将最小位置作为相异度最小的位置。在这类情况下，相异度成本值是根据计算得到的整数距离成本值推导出的。

对给定译码样本块应用运动矢量修正可以以该译码样本块的译码属性为条件。这些译码属性的一些示例包括：从当前图像到对译码样本块进行双向预测所使用的两个参考图像的距离(以图像数量为单位)(当以均匀帧速率采样时)相等并位于当前图像的相对侧。译码属性还可以包括：使用初始MV对获得的两个预测块之间的初始相异度小于每个样本的预定阈值。

在一些实现方式中，当两个预测块来自不同的参考图像时，BPOF适用于双向预测块。BPOF不适用于仿射、加权双向预测运动补偿和基于子块的先进时间融合模式情况。

双向预测光流修正

双向预测光流修正是一种提高块的双向预测精度的过程，除提供双向预测信号之外，不用显式地在码流中提供其它信号。双向预测光流修正可以在图2的帧间预测单元244和图3的帧间预测单元344中实现。光流修正过程的输入为两个参考图像中的预测样本，输出为根据光流方程计算获得的组合预测块(predBIO)。

在双向预测中，两个帧间预测块是根据两个运动矢量，例如运动矢量对MV0和MV1或上文所述的经修正的运动矢量对，从两个参考帧中获得的。这两个预测块可以通过加权平均等方式组合起来。组合预测块可以减少残差能量，因为两个预测块中的量化噪声被抵消，从而提供比单向预测(即，使用一个运动矢量的预测)更高的译码效率。在一个示例中，双向预测中的加权组合可以执行如下：

Bi-prediction＝Prediction1*W1+Prediction2*W2+K (19)

其中，W1和W2表示加权因子，可以在码流中指示，也可以是预定义好的。K表示加性因子，同样可以被指示或是预定义好的。例如，双向预测块可以通过下式获得：

Bi-prediction＝(Prediction1+Prediction2)/2 (20)

其中，W1和W2设置为1/2，K设置为0。

双向预测的精度可以通过光流修正提高。光流是图像对象在两个帧之间的表观运动模式(pattern of apparent motion)，是由对象或相机移动引起的。通过确定两个参考帧之间的光流并根据确定的光流来调整双向预测快，光流修正过程提高了双向预测的精度。

考虑第一帧中的像素I(x,y,t)，其中，x和y对应于空间坐标，t对应于时间维度。在时间dt之后拍摄的下一帧中，该像素移动的距离为(dx,dy)。假设两帧中的各个像素相同，且强度在时间dt内没有变化，则光流方程可以用公式表示为：

I(x,y,t)＝I(x+v_x,y+v_y,t+dt) (21)

I(x,y,t)表示坐标(x,y,t)处的像素的强度(即样本值)。基于像素移动或位移较小的假设以及可以忽略泰勒级数展开式(Taylor series expansion)中的高阶项等其它假设，光流方程可以写成：

其中，

和

表示位置(x,y)上的水平和垂直空间样本梯度，

表示(x,y)上的时间偏导数。在一些示例中，样本梯度可以通过以下公式获得：

光流修正利用方程(22)所示的原理来提高双向预测的质量。在一些实现方式中，光流修正通过以下方式执行：计算样本梯度

和

计算第一预测块和第二预测块之间的差值(I⁽⁰⁾-I⁽¹⁾)，计算像素或像素组的位移(v_x,v_y)。计算得到所述位移，使得两个参考帧中的样本之间的使用光流方程得到的误差Δ降到最小。误差Δ被定义为：

其中，I⁽⁰⁾表示第一预测块(例如L0中的第一参考帧中的预测样本)中的样本值，I⁽¹⁾表示第二预测块(例如L1中的第二参考帧中的预测样本)中的与I⁽⁰⁾对应的样本值，v_x和v_y表示分别在–x和–y方向上计算得到的位移，

和

分别表示第一参考帧中的在–x和–y方向上的样本梯度，

和

分别表示第二参考帧中的在–x和–y方向上的样本梯度，τ₁和τ₀分别表示当前帧到第一参考帧和第二参考帧的距离。图7示出了方程(23)中涉及的各种变量之间的关系。

为了确定方程(23)中的位移(v_x,v_y)，使用给定位置(x,y)周围的一片样本，从而解决上述最小值问题。一些方法将包括一片参考帧的内的不同像素的误差平方和降到最小。其它方法将绝对误差和降到最小。在位移(v_x,v_y)确定好之后，给定位置(x,y)上的组合预测块可以被确定为：

其中，pred_BIO表示位置(x,y)上的修改后预测块，即光流修正过程的输出。

根据这个方程，假设τ₀和τ₁等于1，则根据BDOF确定的偏移可以被确定为：

在一些实施例中，为了降低估算每个像素的位移的复杂度，可以估算一组像素的位移。例如，可以估算4×4像素(例如4×4亮度样本)块的位移，而不是估算单个像素的位移。在这些示例中，为了计算4×4亮度样本块的改进后双向预测块，使用靠近4×4亮度样本块(例如以4×4样本块为中心的8×8样本块)的样本值来估算位移。当一个编码单元的宽度或高度大于16时，该编码单元被分割成多个子块。在一个子块的边界上，使用整数网格参考样本值来计算样本梯度，而不进行任何二维可分离的运动补偿插值。之后，通过从子块边界扩展最近的样本和样本梯度值，获得子块位置之外的扩展样本和样本梯度。

光流修正过程的输入为两个参考图像中的预测样本，输出为根据光流方程计算获得组合预测块(predBIO)。

在当前采用的BDOF版本中，使用以下方程，根据以当前4×4样本块为中心的6×6样本块的水平和垂直样本梯度来计算光流(v_x,v_y)。

光流位移(v_x,v_y)在这里还称为“光流(v_x,v_y)”。计算v_x和v_y所需的除法运算约等于将分子右移分母的最高有效位的所在位置，但是降低了精度。在某些其它现有技术中，使用N位查找表替换除法运算，以提高精度，该查找表包括倒数值，使用可变移位表示最高有效位的所在位置。但是，查找表会增加片上内存。一个N位查找表(倒数具有M位精度)需要N*M位SRAM。

文档JVET-M1001通用视频编码(草案4)中的第8.4.7.4节“双向光流预测过程(Bidirectional optical flow prediction process)”中解释说明了运动矢量修正的一个示例。

如上所述，一个光流包括两个组成部分：水平方向上的v_x和垂直方向上的v_y。相比于方程(25)至(31)所示的方法，本文提供的计算水平方向上的v_x和垂直方向上的v_y两个组成部分不需要乘法运算，减少了各项的位深度。

具体地，光流可以估算如下：

其中，

和

分别表示像素(i,j)在第一参考帧和第二参考帧中的水平预测样本梯度，

和

分别表示像素(i，j)在第一参考帧和第二参考帧中的垂直预测样本梯度。这里，i和j为整数，并跨越以当前样本位置块为中心的一组样本位置。在一个实施例中，对于4×4块，使用以该4×4块为中心的6×6样本位置块。在一个示例中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

应当理解的是，在计算上述所示的互相关项和自相关项s₁至s₅的过程中，一个或多个项可以移动以调整各个值的精度和位深度。

还需要说明的是，上面列出的方程(32)至(38)仅用于说明目的，而不应该被解释为限制性。这些方程中的各个项可以在与这些方程中的其它项组合之前进行预处理。例如，项(G_y1(i，j)+G_y0(i，j))或G_x1(i，j)+G_x0(i，j)在如上述方程所示用于计算s₁至s₅之前，可以移动、通过改变其符号翻转，或以其它方式进行处理。类似地，项(I⁽¹⁾-I⁽⁰⁾)在与上述方程中的其它项组合之前，也可以进行预处理。同理，在上述方程中确定的各个值在用于计算v_x和v_y的值之前也可以进行后处理。例如，上面确定的s_k(k＝1至5)可以通过以下方式进行后处理：将其值的低位与其值的高位相加，以确定s_k的最终版。然后，可以如上所示使用该最终版来确定v_x和v_y。

从本实现方式可以看出，在这个例子中，确定了一个新的量s₅以帮助计算光流的第二分量，即该示例中的v_y。s₅是根据跨两个参考帧的垂直预测样本梯度之和的符号和跨两个参考帧的水平预测样本梯度之和的积之和确定的。s₅的计算不需要乘法运算。例如，上述计算可以通过以下方式执行：根据给定样本位置上的垂直预测样本梯度之和的符号，有条件地加上或减去该样本位置上的水平预测样本梯度之和。然后，根据v_x、s₅和s₂修改光流的垂直分量v_y。在一些实现方式中，方程(32)至(38)中除以s₁和s₂可以约等于应用右移，所述右移的数量等于s₁和s₂中的最高有效位的所在位置。因此，如方程(32)至(44)所示，为光流计算分量s₁至s₅，尤其是s₅，降低了位深度，因为该计算基于符号运算。具体地，因为上述计算只涉及绝对值运算和符号运算，所以减小了v_x的位深度，这样，在计算v_y中，可以减小v_x×s₅中的乘法器的位深度。因此，显著降低了计算v_x和v_y的复杂度。

从上文可以看出，BDOF需要的计算量很少，尤其是在乘法次数和乘法器大小方面。在一些示例中，BDOF用于以4×4子块级别修正一个CU的双向预测信号，并且仅应用于亮度分量。BDOF模式以光流概念为基础，该概念假设对象平滑运动。对于每个4×4子块，运动修正值或运动偏移(v_x，v_y)通过最小化L0和L1预测样本之间的差值计算得到。然后，使用运动修正值来调整4×4子块中的双向预测样本值。

如上所述，水平和垂直梯度

和

(k＝0，1)可以通过以下方式计算得到：计算对应参考帧中的两个相邻样本之间的差值。在计算差值之前，可以根据亮度位深度移动样本。对于4×4子块周围的6×6窗口，计算梯度的自相关项和互相关项s₁、s₂、s₃、s₄和s₅。图6示出了6×6窗口与4×4子块之间的关系。可以看出，为了推导s₁、s₂、s₃、s₄和s₅中使用的梯度值，需要生成当前CU(灰色位置)边界之外的列表k(k＝0，1)中的一些预测样本I^(k)(i，j)。在图6所示的示例中，BDOF使用CU边界周围的一个扩展行/列。这些扩展样本值仅用于梯度计算。对于BDOF过程中的其余步骤，如果需要CU边界之外的任何样本和梯度值，则从它们最近邻进行填充(即重复)。

然后，使用互相关项和自相关项根据以下方程推导出运动修正值(v_x，v_y)：

其中，

th′_BIO＝2^{max(5，BD-7)}，

表示地板函数，

根据运动修正值和梯度，对4×4子块中的每个样本的计算进行以下调整：

最后，通过调整双向预测样本，计算CU的BDOF样本，如下所示：

pred_BDOF(x,y)＝(I⁽⁰⁾(x,y)+I⁽¹⁾(x,y)+b(x,y)+o_offset)＞＞shift (3-30)

图8示出了一种根据本文提供的光流计算执行双向预测光流修正的过程800的一个示例。一个或多个计算设备(例如编码装置200或解码装置300)通过执行合适的程序代码来实现图8所示的操作。

步骤810对应于上述第一步骤。在本步骤中，获取两个运动矢量作为输入。可以根据码流中的指示信息来确定初始运动矢量。例如，可以在码流中指示一个索引，所述索引表示候选运动矢量列表中的位置。再如，可以在码流中指示运动矢量预测值索引和运动矢量差值。再如，可以从码流中表示的初始运动矢量对开始，通过运动矢量修正将这些运动矢量推导为修正运动矢量。再如，可以从码流中获取参考帧指示信息，以表示与获取的运动矢量对中给定运动矢量相关的参考帧。例如，上述指示信息可以表示第一参考帧列表L0中的一帧与运动矢量对中的运动矢量MV0相关以及第二参考帧列表L1中的一帧与运动矢量对中的运动矢量MV1相关。

步骤820对应于上述第二步骤。在本步骤中，根据所述获取的运动矢量对和K抽头插值滤波器，可以在两个参考帧中分别获取单向预测块(即重建亮度样本)。例如，当运动矢量对应于整数样本位置时，所述预测块直接根据重建参考样本值获得。如果运动矢量具有非零水平分量，但具有零垂直分量，则执行水平K抽头插值，得到多个预测样本值。如果运动矢量具有非零垂直分量，但具有零水平分量，则执行垂直K抽头插值，得到多个预测样本值。如果运动矢量的水平分量和垂直分量都是非零值，则执行二维可分离K抽头插值，首先执行水平插值，然后执行垂直插值，得到多个预测样本值。这样，第一预测块是使用第一参考帧列表L0中的参考帧中的MV0生成的，第二预测块是使用第二参考帧列表L1中的参考帧中的MV1生成的。

步骤830对应于上述第三步骤。在本步骤中，使用参考帧中的在第二步骤中获得的预测值，为给定当前编码单元中的每个子块估算光流。与上述表示法一致，在第一参考帧中获得的预测块中的预测样本表示为I⁽⁰⁾，在第二参考帧中获得的预测块中的预测样本表示为I⁽¹⁾。位置(i,j)上的水平样本梯度可以通过以下方式计算得到：取该位置右侧的预测样本值与该位置左侧的样本值之间的差值，即

位置(i,j)上的垂直样本梯度可以通过以下方式计算得到：取该位置下方的预测样本值与该位置上方的样本值之间的差值，即

注意的是，对于一个图像或一帧，水平方向为从左到右，垂直方向为从上到下。在一些示例中，

以及

针对当前编码子块内的一组位置进行计算。根据所确定的样本梯度，光流可以通过上述结合方程(31)至(40)的方法或上述结合方程(38)至(46)或方程(47)至(52)的重复光流估计方法确定。

步骤840对应于上述第四步骤。在本步骤中，可以根据方程(24)计算当前编码块的最终帧间双向预测样本，考虑到了预测样本值、确定的样本梯度和估算的光流。

图9为一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional opticalflow，BDOF)的帧间预测的示例性方法900的流程图。

在步骤910中，方法900包括：确定当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的。所述第五变量s₅表示多个项之和。所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的。所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应。

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的。所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应。所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的。所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应。

在步骤920中，过程900包括：使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

注意的是，所述当前块可以是任何大小的块，例如4×4块。所述当前块可以是所述视频信号一帧中的一个子块。所述当前块的各个像素可以通过所述像素相对于所述帧的左上顶点的绝对位置(例如(x,y))索引到，或通过所述像素相对于所述块的左上顶点的相对位置(例如(xBlock+i,yBlock+j))索引到。这里，(xBlock,yBlock)表示所述块的左上顶点相对于所述帧的左上顶点的坐标。

所述第一矩阵和所述第二矩阵可以是包括多行多列的任意二维阵列，所述阵列的一个元素可以通过(i,j)索引到，其中，x为水平/行索引，y为垂直/列索引。i和j的范围可以为i＝xBlock–1,...,xBlock+4，j＝yBlock–1,...,yBlock+4，等等。所述第一矩阵和所述第二矩阵与所述当前块对应，或者是针对所述当前块确定的。在一些示例中，所述第一矩阵的大小与所述第二矩阵的大小相同，所述第二矩阵的大小可以大于所述当前块的大小。例如，所述第一矩阵和所述第二矩阵的大小可以为6×6，而所述当前块的大小为4×4。

如果所述第一矩阵的一个元素(第一元素)在所述第一矩阵中的位置(x,y)与所述第二矩阵的一个元素(第二元素)在所述第二矩阵中的位置(p,q)相同，即(x,y)＝(p,q)，则所述第一元素与所述第二元素对应。所述第一水平预测样本梯度与所述当前块的第一参考帧对应表示，所述第一水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的样本生成的。所述第二水平预测样本梯度与所述当前块的第二参考帧对应表示，所述第二水平预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的样本生成的。所述第一水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第一水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。同理，所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应表示，所述第二水平预测样本梯度是针对所述第一矩阵中的所述元素的位置(x,y)生成的。

所述第一垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第一参考帧对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第一参考帧中的样本生成的。所述第二垂直预测样本梯度与所述当前块的所述第二参考帧对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是根据所述当前块的所述第二参考帧中的样本生成的。所述第一垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第一垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。同理，所述第二垂直预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应表示，所述第二垂直预测样本梯度是针对所述第二矩阵中的所述元素的位置(p,q)生成的。

一个矩阵的每个元素是根据两个项之和获得的表示，所述元素可以被确定为两个项之和，也可以被确定为在处理两个项之和后获得的一个值。上述处理可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。类似地，一个项是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的表示，所述项可以取所述第一矩阵的所述元素的值或在处理所述第一矩阵的所述元素之后取其值，并且应用所述第二矩阵的所述元素的符号。上述处理所述第一矩阵的所述元素可以包括左移、右移、限幅(clipping)或其组合。元素x的符号可以确定为：

通过本文提供的技术，根据所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移调整所述当前块的多个双向预测样本值。所述垂直运动偏移是根据第五变量s₅计算得到的，这只涉及对根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的各项求和。将一个元素的符号应用到另一个元素不涉及乘法运算。同理，求和也不涉及任何乘法运算。因此，本文提供的基于BDOF的帧间预测技术不需要乘法运算。与现有技术方法相比，因为符号确定替换了乘法运算，所以减小了所述第五变量s₅的位深度。这样减小了所述水平运动偏移v_x和所述垂直运动偏移v_y的位深度，而且还显著降低了预测的计算复杂度和乘法器的大小。

图10示出了一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directionaloptical flow，BDOF)的帧间预测的设备1000。设备1000可以包括：

确定单元1001，用于确定所述当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

预测处理单元1003，用于使用与第一参考帧对应的多个预测样本值、与第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，预测所述当前块的多个预测样本值。

确定单元1001还用于根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和，获取所述第一矩阵的每个元素。所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应。

确定单元1001还用于根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和，获取所述第二矩阵的每个元素。所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应。

相应地，在一个示例中，设备1000的一种示例性结构可以对应于图2中的编码器200。在另一个示例中，设备1000的一种示例性结构可以对应于图3中的解码器300。在另一个示例中，设备1000的一种示例性结构可以对应于图2中的帧间预测单元244。在另一个示例中，设备1000的一种示例性结构可以对应于图3中的帧间预测单元344。

根据光流的独立计算得到的第一分量计算光流的第二分量，本文提供的计算光流和双向预测样本的技术提高了译码效率。由于独立计算还不需要任何乘法运算，所以计算复杂度很低。根据第二方向上的梯度之和的符号有条件地加上或减去第一方向上的梯度之和，能够在没有任何乘法运算的情况下获得第二方向上的梯度之和的符号与第一方向上的梯度之和的积之和。本文提供的技术还实现了与那些使用乘法运算的方法类似的压缩效率。

本发明提供了以下更多方面。

根据第一方面，一种进行基于光流的帧间预测的方法。所述方法包括：

-确定当前编码块的光流，其中，所述光流的第二分量是根据所述光流的第一分量(例如，在基于双向预测光流的双向帧间预测中，vy基于vx或vx基于vy)通过第一公式确定或推导出的；

-使用为所述当前编码块确定的所述光流，获取或推导出当前子块的多个预测样本值(例如多个双向预测样本值)。

根据所述一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述确定当前编码块的光流的步骤包括：

计算当前编码块的光流，其中，所述光流的第二分量是使用以下内容计算得到的：

-所述光流的计算得到的第一分量，

-在与所述第二分量对应的方向上跨两个参考帧的对应预测样本梯度(例如两个预测块中的对应样本位置)之和的符号和绝对值，

-在与所述第一分量对应的方向上跨所述两个参考帧的对应预测样本梯度之和。

根据所述第一方面或所述第一方面的任何上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述使用为所述当前编码块确定的所述光流，获取或推导出当前子块的多个预测样本值的步骤包括：

使用一组预测样本值、所述计算得到的光流以及两个参考帧中的水平和垂直样本梯度，获取所述当前编码块的多个双向预测样本值，其中，该组预测样本值是使用所述当前编码块相对于所述两个参考帧的一个运动矢量对，分别在所述两个参考帧中获得的。

根据所述第一方面或所述第一方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述方法还包括：

-计算当前编码块的光流，其中，所述光流的第二分量是使用以下内容计算得到的：

-所述光流的计算得到的第一分量，

-在与所述第二分量对应的方向上跨两个参考帧的对应预测样本梯度之和的符号和绝对值，

-在与所述第一分量对应的方向上跨所述两个参考帧的对应预测样本梯度之和；

-使用一组预测样本值、所述计算得到的光流以及所述两个参考帧中的水平和垂直样本梯度，获取所述当前编码块的双向预测样本值，其中，该组预测样本值是使用所述当前编码块相对于所述两个参考帧的一个运动矢量对，分别在所述两个参考帧中获得的。

根据第二方面，一种进行基于光流的帧间预测的方法包括：

-获取当前编码块相对于两个参考帧的运动矢量对；

-使用所述获取的运动矢量对和所述两个参考帧的重建亮度样本值，获取每个参考帧中的一组预测样本；

-使用所述两个参考帧中的对应样本之间的第一预测样本差值以及所述两个参考帧中的对应水平样本梯度(sGx)和垂直样本梯度(sGy)之和，计算所述当前编码块的光流，其中，所述光流的第二分量是使用以下内容计算得到的：

-所述光流的计算得到的第一分量，

-在与所述第二分量对应的方向上跨所述两个参考帧的对应预测样本梯度之和的符号和绝对值，

-在与所述第一分量对应的方向上跨所述两个参考帧的对应预测样本梯度之和；

-根据双向光流(Bi-Directional Optical Flow，BDOF)的预测方程，使用所述第一预测样本值、所述计算得到的光流以及所述两个参考帧中的水平和垂直样本梯度，获取所述当前编码块的双向预测样本值。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述两个参考帧的重建参考亮度样本值包括所述两个参考帧的重建相邻亮度样本值。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，光流是根据光流方程计算得到的，如下所示：

其中，I⁽⁰⁾与第一预测块中的样本值对应，I⁽¹⁾为第二预测块中的样本值，v_x和v_y表示在–x和–y方向上计算得到的位移，

和

表示–x和–y方向上的梯度，τ₁和τ₀表示到获得所述第一预测块和所述第二预测块的参考图像的距离。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述方法用于双向预测；

对应地，所述运动矢量对包括与第一参考帧列表对应的第一运动矢量和与第二参考帧列表对应的第二运动矢量；

所述获得一组预测样本包括根据所述第一运动矢量获得的第一组预测样本和根据所述第二运动矢量获得的第二组预测样本；

所述水平和垂直样本梯度包括使用所述第一组预测样本计算得到的第一组水平和垂直样本梯度以及使用所述第二组预测样本计算得到的第二组水平和垂直样本梯度；

运动偏移是根据所述第一组和第二组水平和垂直梯度以及所述第一组和第二组预测样本获得的；所述当前子块的所述预测样本值是使用所述运动偏移获得的。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，所述光流的第二分量是根据所述光流的第一分量(例如vx)以及第一值、第二值、第三值、第四值和第五值中的一个或多个确定或推导出的；

所述光流的所述第一分量(例如vx)是根据所述第一值、所述第二值、所述第三值、所述第四值和所述第五值中的一个或多个确定或推导出的。

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，在基于双向预测光流的双向帧间预测中，vy基于vx，如下所示：

根据所述第二方面或所述第二方面的任一上述实现方式，在所述方法的一种可能实现方式中，

根据第四方面，一种编码器(20)包括处理电路，所述处理电路用于执行根据第一或第二方面所述的方法。

根据第五方面，一种解码器(30)包括处理电路，所述处理电路用于执行根据第一或第二方面所述的方法。

根据第六方面，一种计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码用于执行根据第一或第二方面所述的方法。

根据第七方面，一种包括程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，其中，所述程序代码在由计算机设备执行时，使得所述计算机设备执行根据第一或第二方面所述的方法。

根据第八方面，一种解码器包括：

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第一或第二方面所述的方法。

根据第九方面，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第一或第二方面所述的方法。

根据第十方面，一种进行基于光流的帧间预测的装置包括：

-确定单元，用于确定当前编码块的光流，其中，所述光流的第二分量是根据所述光流的第一分量(例如在基于双向预测光流的双向帧间预测中)确定或推导出的；

-获取单元，用于使用为所述当前编码块确定的所述光流，获取或推导出当前子块的多个预测样本值(例如多个双向预测样本值)。

下面对上述实施例中所示的编码方法和解码方法的应用以及使用这些应用的系统进行解释说明。

图11为一种用于实现内容分发业务的内容供应系统3100的框图。内容供应系统3100包括捕获设备3102、终端设备3106，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或其任何种类的组合等。

捕获设备3102生成数据，并可以通过上述实施例中所示的编码方法对数据进行编码。可选地，捕获设备3102可以将数据分发到流媒体服务器(图中未示出)，该服务器对数据进行编码并将经编码数据发送给终端设备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，或其中任何一个的组合等。例如，捕获设备3102可以包括如上所述的源设备12。当数据包括视频时，捕获设备3102中包括的视频编码器20实际上可以执行视频编码处理。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以执行音频编码处理。对于一些实际场景，捕获设备3102通过将经编码视频数据和经编码音频数据一起复用来分发经编码视频数据和经编码音频数据。对于其它实际场景，例如在视频会议系统中，不复用经编码音频数据和经编码视频数据。捕获设备3102将经编码音频数据和经编码视频数据分别分发到终端设备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可以包括如上所述的目的地设备14。当经编码数据包括视频时，终端设备中包括的视频解码器30优先执行视频解码。当经编码数据包括音频时，终端设备中包括的音频解码器优先执行音频解码处理。

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，终端设备可以将经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以接收和显示经解码数据。

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12为终端设备3106的一个示例的一种结构的示意图。在终端设备3106从捕获设备3102接收到流之后，协议处理单元3202分析该流的传输协议。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 TextTransfer Protocol，HTTP)、HTTP直播流媒体协议(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 Time Messaging 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。文件被输出到解复用单元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。如上文所述，对于一些实际场景，例如在视频会议系统中，不复用经编码音频数据和经编码视频数据。在这种情况下，不通过解复用单元3204，将经编码数据发送给视频解码器3206和音频解码器3208。

通过解复用处理，生成视频基本流(elementary stream，ES)、音频ES和可选的字幕。视频解码器3206，包括上述实施例中说明的视频解码器30，通过上述实施例中所示的解码方法对视频ES进行解码以生成视频帧，并将该数据馈送到同步单元3212。音频解码器3208对音频ES进行解码以生成音频帧，并将此数据馈送到同步单元3212。可选地，在将视频帧馈送到同步单元3212之前可以将视频帧存储在缓冲区(图Y中未示出)中。类似地，在将音频帧馈送到同步单元3212之前可以将音频帧存储在缓冲区(图Y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同步视频和音频信息的呈现。信息可以使用经译码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而以语法进行译码。

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，但是本申请准确定义了整除运算和算术移位运算的结果，并且还定义了其它运算，例如幂运算和实值除法。编号和计数规范通常从0开始，例如，“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：

逻辑运算符

逻辑运算符定义如下：

x&&y x和y的布尔逻辑“与”运算

x||y x和y的布尔逻辑“或”运算

！ 布尔逻辑“非”运算

x？y:z 如果x为真(TRUE)或不等于0，则求y的值，否则，求z的值。

关系运算符

关系运算符定义如下：

> 大于

>＝ 大于或等于

< 小于

<＝ 小于或等于

＝＝ 等于

！＝ 不等于

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：

& 按位“与”运算。当对整数变量运算时，运算的是整数值的补码表示。当对二进制参数运算时，如果它包含的位比另一个参数少，则通过添加更多等于0的有效位来扩展较短的参数。

| 按位“或”运算。当对整数变量运算时，运算的是整数值的补码表示。当对二进制参数运算时，如果它包含的位比另一个参数少，则通过添加更多等于0的有效位来扩展较短的参数。

^ 按位“异或”运算。当对整数变量运算时，运算的是整数值的补码表示。当对二进制参数运算时，如果它包含的位比另一个参数少，则通过添加更多等于0的有效位来扩展较短的参数。

x>>y 将x以2的补码整数表示的形式向右算术移动y个二进制位。只有y为非负整数值时才有这个函数定义。右移的结果是移进最高有效位(most significant bit，MSB)的比特位等于移位操作之前的x的MSB。

x<<y 将x以2的补码整数表示的形式向左算术移动y个二进制位。只有y为非负整数值时才有这个函数定义。左移的结果是移进最低有效位(least significant bit，LSB)的比特位等于0。

赋值运算符

算术运算符定义如下：

＝ 赋值运算符

++ 递增，即x++相当于x＝x+1；当用于数组下标时，在自加运算前先求变量值。

–– 递减，即x––等于x＝x–1；当用于数组下标时，在自减运算前先求变量值。

+＝ 自加指定值，即x+＝3相当于x＝x+3，x+＝(–3)相当于x＝x+(–3)。

–＝ 自减指定值，即x–＝3相当于x＝x–3，x–＝(–3)相当于x＝x–(–3)。

范围表示法

下面的表示法用来说明值的范围：

x＝y..z x取从y到z(包括y和z)的整数值，其中，x、y和z都是整数，z大于y。

数学函数

数学函数定义如下：

Asin(x) 三角反正弦函数，对参数x运算，x在–1.0至1.0(包括端值)范围之间，输出值在-π÷2至π÷2(包括端值)范围之间，单位为弧度。

Atan(x) 三角反正切函数，对参数x运算，输出值在–π÷2至π÷2(包括端值)范围之间，单位为弧度。

Ceil(x) 表示大于或等于x的最小整数

Clip1_Y(x)＝Clip3(0,(1<<BitDepth_Y)–1,x)

Clip1_C(x)＝Clip3(0,(1<<BitDepth_C)–1,x)

Cos(x) 三角余弦函数，对参数x运算，单位为弧度。

Floor(x) 表示小于或等于x的最大整数。

Ln(x) 返回x的自然对数(以e为底的对数，其中，e是自然对数底数常数2.718281828……)。

Log2(x) x以2为底的对数。

Log10(x) x以10为底的对数。

Round(x)＝Sign(x)*Floor(Abs(x)+0.5)

Sin(x) 表示三角正弦函数，对参数x运算，单位为弧度。

Swap(x,y)＝(y,x)

Tan(x) 表示三角正切函数，对参数x运算，单位为弧度。

本文结合各种实施例描述了本发明。然而，根据对附图、本发明和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，能够理解和实现所公开实施例的其它变化。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足权利要求中所描述的若干项的功能。在通常不同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。计算机程序可存储或分发到合适的介质中，如与其它硬件一起或者作为其它硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，还可以以其它形式，如通过因特网或其它有线或无线电信系统分发。

本领域技术人员将理解，各种附图(方法和装置)中的“步骤”(“单元”)表示或描述本发明实施例的功能(而不一定是硬件或软件中的单独“单元”)，因此同等地描述装置实施例以及方法实施例的功能或特征(单元等同步骤)。

术语“单元”仅仅是用于说明编码器/解码器的实施例的功能，并非旨在限制本发明。

在本申请中提供若干实施例中，应当理解的是，所公开的系统、装置和方法可以通过其它方式实现。例如，上述装置实施例仅仅是示例性的。例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，可以将多个单元或组件合并或集成到另一系统中，或者可以忽略或不执行一些特征。另外，所显示或描述的相互耦合或直接耦合或通信连接可以通过一些接口来实现。装置或单元之间的直接耦合或通信连接可以通过电子、机械或其它形式实现。

所述作为分离部件描述的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择一些或全部单元来实现实施例技术方案的目的。

另外，本发明实施例中的功能单元可集成到一个处理单元中，或每个单元可物理上单独存在，或两个以上单元集成到一个单元中。

本发明实施例还可以包括装置，例如编码器和/或解码器，所述装置包括用于执行本文描述的任何方法和/或过程的处理电路。

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(也称为工具或技术)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参照编码器20和解码器30等描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则这些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)，或者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，计算机可读介质通常可以对应于(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，应当理解的是，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(digital versatile 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。

指令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。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。

本发明中的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。

Claims (37)

1.一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅推导出的，其中，

所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述水平运动偏移是根据第一变量s₁和第三变量s₃推导出的；

所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水平运动偏移是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述垂直运动偏移v_y是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移，

v_y表示所述垂直运动偏移。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述当前块中的所述多个预测样本值为基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

11.一种对视频数据进行编码的设备，其特征在于，所述设备包括：

视频数据存储器；

视频编码器，其中，所述视频编码器用于：

确定当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

12.一种对视频数据进行解码的设备，其特征在于，所述设备包括：

视频数据存储器；

视频解码器，其中，所述视频解码器用于：

确定当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，确定所述当前块的多个预测样本值。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅推导出的，其中，

所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，

所述水平运动偏移是根据第一变量s₁和第三变量s₃推导出的；

所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述水平运动偏移是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移。

16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述垂直运动偏移是根据以下方程确定的：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移，

v_y表示所述垂直运动偏移。

17.根据权利要求15或16所述的设备，其特征在于，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的设备，其特征在于，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述当前块中的所述多个预测样本值为基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

22.一种对视频信号的当前块进行基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)的帧间预测的装置，其特征在于，所述装置包括：

确定单元，用于确定所述当前块的水平运动偏移v_x和垂直运动偏移v_y，其中，所述垂直运动偏移是根据所述水平运动偏移和第五变量s₅确定的，其中，

所述第五变量s₅表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据第二矩阵的一个元素的符号和第一矩阵的一个元素获得的，所述第一矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应；

所述第一矩阵的每个元素是根据与所述当前块的第一参考帧对应的第一水平预测样本梯度和与所述当前块的第二参考帧对应的第二水平预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第一矩阵的所述元素对应；

所述第二矩阵的每个元素是根据与所述当前块的所述第一参考帧对应的第一垂直预测样本梯度和与所述当前块的所述第二参考帧对应的第二垂直预测样本梯度之和获得的，其中，所述第一水平预测样本梯度和所述第二水平预测样本梯度与所述第二矩阵的所述元素对应；

预测处理单元，用于使用与所述第一参考帧对应的多个预测样本值、与所述第二参考帧对应的多个预测样本值、所述水平运动偏移和所述垂直运动偏移，预测所述当前块的多个预测样本值。

23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于根据所述水平运动偏移、第二变量s₂、第四变量s₄和所述第五变量s₅确定所述垂直运动偏移，其中，

所述第二变量s₂表示所述第二矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第四变量s₄表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第二矩阵的一个元素的符号和第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第二矩阵的所述元素对应，所述第三矩阵的每个元素为根据所述第一参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第一预测样本和所述第二参考帧的与所述第三矩阵的所述元素对应的第二预测样本获得的差值。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于根据第一变量s₁和第三变量s₃确定所述水平运动偏移，其中，

所述第一变量s₁表示所述第一矩阵的多个元素的绝对值之和；

所述第三变量s₃表示多个项之和，其中，所述多个项中的每个项都是根据所述第一矩阵的一个元素的符号和所述第三矩阵的一个元素获得的，所述第三矩阵的所述元素与所述第一矩阵的所述元素对应。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于根据以下方程确定所述水平运动偏移：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移。

26.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于根据以下方程确定所述垂直运动偏移：

其中，

v_x表示所述水平运动偏移，

v_y表示所述垂直运动偏移。

27.根据权利要求25或26所述的装置，其特征在于，s₁、s₂、s₃、s₄和s₅被确定为：

其中，

I⁽⁰⁾是根据与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本获得的，I⁽¹⁾是根据与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本获得的；

G_x0和G_x1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述水平预测样本梯度；

G_y0和G_y1分别表示与所述第一参考帧和所述第二参考帧对应的一组所述垂直预测样本梯度；

i和j为整数，其中，i的值从–1到4不等，j的值从–1到4不等。

28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，G_x0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y0被确定为根据与所述第一参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，G_x1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿水平方向的两个预测样本获得的差值，G_y1被确定为根据与所述第二参考帧对应的沿垂直方向的两个预测样本获得的差值。

30.根据权利要求21至29中任一项所述的装置，其特征在于，与所述第一参考帧对应的所述多个预测样本值和与所述第二参考帧对应的所述多个预测样本值是使用所述当前块相对于所述第一参考帧和所述第二参考帧的一个运动矢量对，分别从所述第一参考帧和所述第二参考帧中获得的。

31.根据权利要求21至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述当前块中的所述多个预测样本值为基于双向光流(bi-directional optical flow，BDOF)预测的多个双向预测样本值。

32.一种编码器(20)，其特征在于，所述编码器(20)包括处理电路，用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

33.一种解码器(30)，其特征在于，所述解码器(30)包括处理电路，用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

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，用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

35.一种包括程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述程序代码在由计算机设备执行时，使得所述计算机设备执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

36.一种解码器，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权利要求1至10中任一项所述的方法。

37.一种编码器，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权利要求1至10中任一项所述的方法。

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