CN114073094B - 视频编解码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于视频编解码的方法和设备。根据一种方法，第一适应性回路滤波(Adaptive Loop Filter，简称ALF)处理被应用于目标重构色度样本的重构色度样本，以生成第一滤波色度样本。第二ALF处理被应用于相关的重构亮度样本，以生成目标重构色度样本的第二滤波色度样本，其中，根据目标色度格式，被选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本的位置被确定。根据另一种方法，亮度ALF和跨‑分量ALF具有相同的滤波系数精度。

Description

视频编解码的方法和装置
相关引用
本发明要求在2019年6月27日递交的申请号为62/867,291的美国临时申请案，其全部内容以引用方式并入本发明。
技术领域
本发明涉及视频编解码系统的适应性回路滤波(Adaptive Loop Filter，简称ALF)处理。更具体的是，本发明涉及视频编码器或视频解码器中的跨-分量ALF处理。
背景技术
运动估计是一种有效的帧间编解码技术，以利用视频序列中的时间冗余。运动补偿帧间编解码已在各种国际视频编解码标准中广泛使用。各种编解码标准中采用的运动估计通常是基于块的技术，其中，诸如编解码模式和运动向量的运动信息被确定用于每个宏块或类似块设置。另外，帧内编解码适应性地被应用，其中在不参考任一其他图像的情况下处理图像。帧间预测残差或帧内预测残差通常通过变换、量化和熵编码被进一步处理，以生成压缩视频比特流。在编码处理中，特别是在量化处理中，编码伪像被引入。为了减轻编码伪像，额外处理被应用于重构的视频，以提高新型编码系统中的图像质量。额外处理通常在回路处理中配置，以使编码器和解码器可以导出相同的参考图像以实现改进的系统性能。
图1A示出引入了包括适应性回路滤波(Adaptive Loop Filter，简称ALF)在内的回路处理的示例性适应性帧间/帧内视频编码系统。对于帧间预测，基于来自其他一个或多个图像的视频数据，运动估计(Motion Estimation，简称ME)/运动补偿(MotionCompensation，简称MC)112被用来提供预测数据。开关114选择帧内预测110或帧间预测数据，并且所选择的预测数据被提供给加法器116以形成预测误差，也被称为残差。然后，通过变换(Tansformation，简称T)118，然后是量化(Quantization，简称Q)120预测误差被处理。然后，经过变换和量化的残差由熵编码器122进行编码，以形成与压缩视频数据相对应的视频比特流。然后，与变换系数相关联的比特流与诸如运动、模式以及与图像区域相关联的其他信息之类的辅助信息打包在一起。辅助信息还可以进行熵编码以减少所需的带宽。因此，如图1A所示，与辅助信息相关的数据被提供给熵编码器122。当帧间预测模式被使用时，参考图像也必须在编码器端重构。因此，通过逆量化(Inverse Quantization，简称IQ)124和逆变换(Inverse Transformation，简称IT)126，经变换和量化的残差被处理以恢复残差。然后在重构(Reconsturction，简称REC)128处，残差被加回到预测数据136以重构视频数据。重构的视频数据可被存储在参考图像缓冲器134中，并且被用于其他帧的预测。
如图1A所示，输入视频数据在编码系统中经历了一系列处理。由于一系列处理，来自REC128的重构视频数据可能遭受各种损害。因此，在重构视频数据被存储在参考图像缓冲器134中之前，各种回路处理被应用于重构视频数据，以提高视频质量。在视频编码系统中，诸如解块滤波器(Deblocking Filter，简称DF)130，样本适应性偏移(Sample AdaptiveOffset，简称SAO)131和适应性回路滤波器(Adaptive Loop Filter，简称ALF)132之类的各种回路滤波器被用来增强图像质量。
图1B中示出用于图1A的编码器的相应解码器。视频比特流由熵解码器142解码以恢复经变换和量化的残差。在解码器侧，仅运动补偿(Motion compenstation，简称MC)113被执行，而ME/MC不被执行。解码处理类似于编码器端的重构回路。恢复的经变换和量化的残差，SAO/ALF信息和其他系统信息被用于重构视频数据。重构视频数据由DF130，SAO131和ALF132进行进一步处理，以生成最终的增强解码视频。
跨-分量ALF处理
在JVET-O0636(Kiran Misra,et al.,“Cross-Component Adaptive Loop Filterfor chroma”,Joint Video Experts Team(JVET)of ITU-T SG 16WP 3and ISO/IEC JTC1/SC 29/WG 11,15th Meeting:Gothenburg,SE,3–12July 2019,Document:JVET-O0636)，跨-分量适应性回路滤波器(Cross-Component Adaptive Loop Filter，简称CC-ALF)被提出。CC-ALF利用亮度样本值来细化每个色度分量。图2A示出根据JVET-O0636的关于其他回路滤波器的CC-ALF的结构。在图2A中，在各个SAO(210、212和214)之后，ALF处理被执行。在常规的视频编解码系统中，仅ALF亮度220和ALF色度230被使用。在JVET-O0636中，两个额外的ALF滤波器，即CC ALF Cb 222和CC ALF Cr224被用来导出调整信号，以分别使用加法器240和242将其加到经ALF处理的Cb和Cr。
如图2B所示，根据JVET-O0636，CC-ALF通过将线性菱形滤波器应用于每个色度分量的亮度通道来操作。滤波系数在适应性参数集合(Aadaptive Parameter Set，简称APS)中传输，缩放系数为210，并且被四舍五入以表示定点。滤波器的应用在可变的块大小上被控制，并且通过每个样本块接收的上下文编解码标志发送。对于每个色度分量，块大小以及CC-ALF启用标志在片段级别被接收。CC-ALF的语法和语义在JVET-O0636中被公开。
适应性颜色变换
大多数屏幕内容都在RGB颜色空间中获取。对于RGB颜色空间中的图像块，通常在不同颜色分量之间可能存在很强的相关性，因此颜色空间变换可被用于消除颜色间分量冗余。然而，对于屏幕内容，可能存在许多包含具有非常饱和的颜色的不同特征的图像块，这导致颜色分量之间的相关性较小。对于这些块，直接在RGB颜色空间中编解码可能会更有效。为了处理屏幕内容中图像块的不同特征，以下等式所示的RGB到YCoCg变换已被研究，并且被证明是有效的。
Figure GDA0003431202400000041
当该颜色变换被使用时，输入图像块及其对应的预测都使用相同的变换。由于变换是线性的，因此在不同颜色分量中的预测处理是一致的时候，应用于空间域中的残差的变换是相同的。因此，在HEVC-SCC(HEVC屏幕内容编解码,HEVC Screen Content Coding，简称HEVC-SCC)中，变换被应用于残差，这使得不同颜色分量的预测处理独立。还应注意的是，对于帧内编解码块，当不同颜色分量的帧内预测方向不相同时，颜色变换不允许被使用。此限制之所以被指定，是因为当帧内预测方向不同时，跨颜色分量的同位样本之间的相关性会降低，从而使颜色变换的效果降低。颜色变换还改变了不同分量的归一。为了将不同颜色空间中的误差归一化，当上述变换被用于图像块时，在量化期间，一组量化参数(Quantization Parameter，简称QP)偏移量(-5，-5，-3)被应用于这三个颜色分量。在量化和重构之后，逆变换被应用于经量化的残差，使得重构仍保持在输入颜色空间中。
在本申请中，与CC ALF相关的一些问题被解决。
发明内容
本发明公开了一种用于视频编解码的方法和设备。根据该方法，具有目标色度格式的彩色图像中的重构色度样本和相关的重构亮度样本被接收。第一ALF处理被用于目标重构色度样本的重构色度样本，以生成第一滤波色度样本。第二ALF处理被用于相关的重构亮度样本，以生成目标重构色度样本的第二滤波色度样本，其中，根据目标色度格式，被选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本的位置被确定。通过组合第一滤波色度样本和第二滤波色度样本，最终滤波色度样本被生成，其中最终滤波色度样本被用作视频解码输出或被用于进一步的视频编码或解码处理。
如果目标色度格式对应于YUV444/YCrCb444，则被选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本之一与目标重构色度样本位于同一位置。如果目标色度格式对应于YUV422/YCrCb422或YUV420/YCrCb420，则被选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本之一位于与目标重构色度样本相关联的多个重构亮度样本中的预定义空间位置。
在一实施例中，根据具有基于目标色度格式导出的一个或多个变量的计算，被选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本的位置被确定。例如，该计算包括与由x子采样因子缩放的目标重构色度样本的x位置相对应的第一项，以及与由y子采样因子缩放的目标重构色度样本的y位置相对应的第二项。对于单色和YUV444/YCrCb444，x子采样因子可以等于1，对于YUV420/YCrCb420和YUV422/YCrCb422，x子采样因子可以等于2。对于单色，YUV422/YCrCb422和YUV444/YCrCb444，y子采样因子可以等于1，对于YUV420/YCrCb420，y子采样因子可以等于2。
在一实施例中，被选择用于第二ALF处理的目标相关的重构亮度样本对应于与目标重构色度样本相关的所有相应的相关重构亮度样本的加权和。
根据另一种方法，具有目标色度格式的彩色图像中的重构色度样本和相关的重构亮度样本被接收。第一ALF处理被应用于相关的重构亮度样本，以生成目标重构色度样本的第一滤波色度样本，其中第一滤波色度样本与第二滤波色度样本被组合以形成最终滤波色度样本，以及通过将第二ALF处理应用于重构色度样本，第二滤波色度样本被导出。第三ALF处理被应用于相关的重构亮度样本，以生成滤波亮度样本，其中第一ALF处理和第三ALF处理具有相同的滤波系数精度。最终滤波色度样本和滤波亮度样本被用作视频解码输出，或被用于进一步的视频编码或解码处理。
附图说明
图1A示出结合DF，SAO和ALF回路处理的示例性适应性帧间/帧内视频编码系统。
图1B示出结合DF，SAO和ALF回路处理的示例性适应性帧间/帧内视频解码系统。
图2A示出根据JVET-O0636的关于其他回路滤波器的CC-ALF的结构。
图2B示出应用于亮度信道的菱形滤波器，以产生经过跨颜色滤波的色度分量。
图3示出根据本发明实施例的示例性视频编解码的流程图，其中，根据色度格式，用于跨-分量ALF处理的亮度样本被确定。
图4示出根据本发明实施例的示例性视频编解码的流程图，其中，亮度ALF和跨-分量ALF具有相同的滤波系数精度。
具体实施方式
以下描述是实施本发明的最佳构想模式。该描述是为了说明本发明的一般原理，而不应被认为是限制性的。本发明的范围最好通过参考所附的权利要求来确定。
作为多个输入ALF的简化的CC-ALF
在CC-ALF中，一个额外滤波器被添加用于色度分量，并且滤波后的输出将成为原始色度滤波器和额外滤波器的加权和。在一实施例中，仅具有来自相应亮度样本的输入的一个额外滤波器抽头被添加到原始色度滤波器。在另一实施例中，非线性剪裁操作也可被应用于该滤波器抽头。即，剪裁索引可被发送用于该滤波器抽头。在另一实施例中，非线性剪裁操作不能被应用于该滤波器抽头，即，剪裁索引不能被发送用于该滤波器抽头。在另一实施例中，标志在ALF滤波器参数中发送，以指示该滤波器抽头是否被使用。
根据色度格式的CC ALF的亮度样本
在一实施例中，用于CC ALF的对应亮度样本可根据色度格式来确定。由于目标色度格式的亮度样本和色度样本可能不存在一对一的对应关系，因此待处理色度样本的CCALF处理的相应亮度样本的选择对于实现良好的CC ALF性能至关重要。例如，如果视频格式为YUV444(或YCrCb444)，则相应的亮度样本位于待处理的色度样本的相同空间位置。如果视频格式是YUV422(或YCrCb422)或YUV420(或YCrCb420)，则相应的亮度样本可以是待处理色度样本的相应亮度样本中的预定义空间位置。例如，对于YUV420(或YCrCb420)，一个色度样本有四个对应的亮度样本。来自亮度分量的用于色度分量的额外滤波器抽头的输入可以是这四个亮度样本之一。类似地，在待处理的色度样本处用于CC ALF处理的对应的亮度样本可以是这四个亮度样本之一。该选择可以在视频编解码标准中预定义。例如，根据色度位置和x和y方向中的子采样因子，与色度位置(xCtbC+x,yCtbC+y)的当前色度样本相对应的位置(xL，yL)处CC-ALF的亮度样本被导出。例如，亮度样本位置可被推导为((xCtbC+x)*SubWidthC，(yCtbC+y)*SubHeightC)，其中SubWidthC对应于x子采样因子，SubHeightC对应于y子采样因子。
表1中显示了各种色度格式的x子采样因子和y子采样因子。
表1
色度格式 SubWidthC SubHeightC
单色 1 1
4:2:0 2 2
4:2:2 2 1
4:4:4 1 1
在另一实施例中，相应的亮度样本是所有相应的亮度样本的加权和。例如，在待处理的色度样本处被用于CC ALF处理的相应亮度样本可以是YUV420(或YCrCb420)这四个亮度样本的平均值，是YUV420(或YCrCb420)的两个左亮度样本的平均值，或YUV422(或YCrCb422)的两个亮度样本的平均值。
ALF精度
在另一实施例中，CC-ALF中的额外滤波器中的滤波系数的精度与原始设计一致。例如，CC ALF精度可以与原始ALF对齐。
跨-分量：亮度ALF的色度样本
在另一实施例中，所提出的方法被应用于亮度ALF。例如，具有来自色度的输入并被用于亮度ALF的两个额外的滤波器抽头被添加。在一实施例中，仅有一个额外的滤波器抽头被添加用于亮度ALF，并且该额外的滤波器抽头的输入是色度分量的加权和。
跨-分量控制
在另一实施例中，仅当双树被禁用时，CC-ALF才可被应用。在另一实施例中，仅当ACT被禁用时，CC-ALF才可被应用。
跨-分量SAO
在另一实施例中，CC-ALF的概念也可被应用于SAO。色度SAO类型的分类可参考亮度样本进行决策。
任一上述提出的方法可以在编码器和/或解码器中实现。例如，任一所提出的方法可以在编码器和/或解码器的回路滤波模块中实现。可替代地，任一提出的方法可被实现为耦合到编码器和/或解码器的回路滤波模块的电路。
图3示出了根据本发明实施例的示例性视频编码的流程图，其中，根据色度格式，用于跨-分量ALF处理的亮度样本被确定。流程图中所示的步骤可以被实现为在编码器侧的一个或多个处理器(例如，一个或多个CPU)上可执行的程序代码。流程图中所示的步骤也可以基于硬件来实现，例如被布置为执行流程图中的步骤的一个或多个电子设备或处理器。根据该方法，在步骤310中，具有目标色度格式的彩色图像中的重构色度样本和相关的重构亮度样本被接收。在步骤320中，第一ALF处理被应用于重构色度样本，以用于目标重构色度样本，以生成第一滤波色度样本。在步骤330中，第二ALF处理被应用于相关的重构色度样本，以生成第二滤波色度样本用于目标重构的色度样本，其中，根据目标色度格式，选择用于第二ALF处理的相关重构亮度样本的位置被确定。在步骤340中，通过组合第一滤波色度样本和第二滤波色度样本，最终滤波色度样本被生成，其中最终滤波色度样本被用作视频解码输出，或被用于进一步的视频编码或解码处理。
图4示出根据本发明实施例的示例性视频编码的流程图，其中亮度ALF和跨-分量ALF具有相同的滤波系数精度。根据该方法，在步骤410中，具有目标色度格式的彩色图像中的重构色度样本和相关的重构亮度样本被接收。在步骤420中，第一ALF处理被应用于相关的重构亮度样本，以生成用于目标重构色度样本的第一滤波色度样本。其中，第一滤波色度样本与第二滤波色度样本被组合以形成最终滤波色度样本，并且其中第二滤波色度样本是通过将第二ALF处理应用于重构色度样本而得到的。在步骤430中，第三ALF处理被应用于相关的重构亮度样本，以生成滤波亮度样本，其中第一ALF处理和第三ALF处理具有相同的滤波系数精度，并且其中最终滤波色度样本和滤波亮度样本被用作视频解码输出，或者被用于进一步的视频编码或解码处理。
所示的流程图旨在说明根据本发明的视频编解码的示例。所属技术领域的技术人员可以修改每个步骤，重新布置步骤，拆分步骤或组合步骤以实践本发明，而不背离本发明的精神。在本公开中，特定的语法和语义被用来说明用于实现本发明的实施例的示例。所属技术领域的技术人员可以通过用等效的语法和语义替换语法和语义来实践本发明，而不背离本发明的精神。
上述描述被给出以使所属技术领域的技术人员能够实践在特定应用及其要求的上下文中提供的本发明。对所描述的实施例的各种修改对于所属技术领域的技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明不旨在限于所示出和描述的特定实施例，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最宽范围相一致。在以上详细描述中，示出了各种具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属技术领域的技术人员将理解，本发明可被实施。
如上所述的本发明的实施例可以以各种硬件，软件代码或两者的组合来实现。例如，本发明的实施例可以是集成到视频压缩芯片中的一个或多个电路或集成到视频压缩软件中以执行本文描述的处理的程序代码。本发明的实施例还可以是在数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)上执行以执行本文描述的处理的程序代码。本发明还可涉及由计算机处理器，数字信号处理器，微处理器或现场可程序设计门阵列(fieldprogrammable gate arragy，简称FPGA)执行的许多功能。该些处理器可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。软件代码或固件代码可以不同的程序设计语言和不同的格式或样式来开发。软件代码也可被编译用于不同的目标平台。然而，不同的代码格式，软件代码的样式和语言以及配置代码以执行根据本发明的任务的其他手段将不脱离本发明的精神和范围。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。所描述的示例在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前述描述来指示。落在权利要求的等同含义和范围内的所有改变均应包含在其范围之内。

Claims (12)

1.一种视频编解码方法，包括：
接收具有目标色度格式的颜色图像中的多个重构色度样本和多个相关重构亮度样本；
将第一适应性回路滤波处理应用于目标重构色度样本的所述多个重构色度样本以生成第一滤波色度样本；
将第二适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成所述目标重构色度样本的第二滤波色度样本，其中基于所述目标色度格式，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的多个位置被确认；以及
通过将所述第一滤波色度样本和所述第二滤波色度样本组合生成最终滤波色度样本，其中所述最终滤波色度样本被用作视频解码输入或被用于进一步的视频编码或解码处理。
2.如权利要求1所述的视频编解码方法，其特征在于，如果所述目标色度格式对应于YUV444/YCrCb444，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的目标位置与所述目标重构色度样本在同一位置。
3.如权利要求1所述的视频编解码方法，其特征在于，如果所述目标色度格式对应于YUV422/YCrCb422或YUV420/YCrCb420，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的目标位置位于与所述目标重构色度样本相关的多个重构亮度样本之间的预定义空间位置。
4.如权利要求1所述的视频编解码方法，其特征在于，根据具有基于所述目标色度格式导出的一个或多个变量的计算，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的多个位置被确定。
5.如权利要求4所述的视频编解码方法，其特征在于，所述计算包括第一项和第二项，所述第一项对应于通过x子采样因子缩放的所述目标重构色度样本的x位置，以及所述第二项对应于通过y子采样因子缩放的所述目标重构色度样本的y位置。
6.如权利要求5所述的视频编解码方法，其特征在于，对于单色和YUV444/YCrCb444，所述x子采样因子等于1，以及对于YUV420/YCrCb420和YUV422/YCrCb422，所述x子采样因子等于2；其中，对于单色，YUV422/YCrCb422和YUV444/YCrCb444，所述y子采样因子等于1，以及对于YUV420/YCrCb420，所述y子采样因子等于2。
7.如权利要求1所述的视频编解码方法，其特征在于，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的目标相关重构亮度样本对应于与目标重构色度样本相关联的所有相应相关重构亮度样本的加权和。
8.一种视频编解码装置，其中，所述装置包括一个或多个电子电路或多个处理器，被布置为:
接收具有目标色度格式的颜色图像中的多个重构色度样本和多个相关重构亮度样本；
将第一适应性回路滤波处理应用于目标重构色度样本的所述多个重构色度样本以生成第一滤波色度样本；
将第二适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成所述目标重构色度样本的第二滤波色度样本，其中根据所述目标色度格式，被选择用于所述第二适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的多个位置被确认；以及
通过将所述第一滤波色度样本和所述第二滤波色度样本组合生成最终滤波色度样本，其中所述最终滤波色度样本被用作视频解码输入或被用于进一步的视频编码或解码处理。
9.一种视频编解码方法，包括：
接收具有目标色度格式的颜色图像中的多个重构色度样本和多个相关重构亮度样本；
将第一适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成目标重构色度样本的第一滤波色度样本，其中所述第一滤波色度样本与第二滤波色度样本组合以形成最终滤波色度样本，以及其中所述第二滤波色度样本通过将第二适应性回路滤波处理应用于所述多个重构色度样本来导出；
将第三适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成滤波亮度样本，其中所述第一适应性回路滤波处理和所述第三适应性回路滤波处理具有相同的滤波系数精度；以及
其中，所述最终滤波色度样本和所述滤波亮度样本被用作视频解码输出或被用于进一步视频编码或解码处理。
10.如权利要求9所述的视频编解码方法，其特征在于，基于所述目标色度格式，被选择用于所述第一适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的多个位置被确认。
11.一种视频编解码装置，其中，所述装置包括一个或多个电子电路或多个处理器，被布置为：
接收具有目标色度格式的颜色图像中的多个重构色度样本和多个相关重构亮度样本；
将第一适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成目标重构色度样本的第一滤波色度样本，其中所述第一滤波色度样本与第二滤波色度样本组合以形成最终滤波色度样本，以及其中所述第二滤波色度样本通过将第二适应性回路滤波处理应用于所述多个重构色度样本来导出；
将第三适应性回路滤波处理应用于所述多个相关重构亮度样本以生成滤波亮度样本，其中所述第一适应性回路滤波处理和所述第三适应性回路滤波处理具有相同的滤波系数精度；以及
其中，所述最终滤波色度样本和所述滤波亮度样本被用作视频解码输出或被用于进一步视频编码或解码处理。
12.如权利要求11所述的视频编解码装置，其特征在于，基于所述目标色度格式，被选择用于所述第一适应性回路滤波处理的所述多个相关重构亮度样本的多个位置被确认。
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