CN114080806A - 在多跨分量预测(pmc)模式下的色度编解码增强 - Google Patents

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Abstract

一种执行对视频数据进行编解码的方法的电子设备。所述方法包括：从视频数据的比特流接收语义元素，其中所述语义元素指示帧内色度预测模式是用于编码单元的多跨分量预测PMC模式之一；根据应用于所述编码单元的亮度分量的重建的线性模型来导出所述编码单元的色度分量的中间预测；将裁剪操作应用于色度分量的所述中间预测的输出，以将所述中间预测的所述输出的值限制在预定范围内。所述方法还包括利用正/负符号和权重参数来将视频分量Cb和Cr的预测残差之间的相关合并到符号和缩放比例中。

Description

在多跨分量预测(PMC)模式下的色度编解码增强
本申请要求于2020年06月03日提交的题为“色度编解码增强”的美国临时专利申请No.62/033,836的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体涉及视频编解码和压缩，并且更具体地，涉及关于提高色度编解码效率的方法和装置。
背景技术
各种电子设备(诸如数字电视、膝上型计算机或台式计算机、平板计算机、数码相机、数字记录设备、数字媒体播放器、视频游戏机、智能电话、视频电话会议设备、视频流设备等)都支持数字视频。电子设备通过实施视频压缩/解压缩标准来发送、接收、编码、解码和/或存储数字视频数据。一些众所周知的视频编解码标准包括由ISO/IECMPEG和ITU-TVCEG联合开发的通用视频编解码(VVC)、高效视频编解码(HEVC，也称为H.265或MPEG-H第2部分)和高级视频编码(AVC，也称为H.264或MPEG-4第10部分)。AO媒体视频1(AV1)是由开放媒体联盟(AOM)开发的，作为其先前标准VP9的后继者。音视频编解码(AVS)，是指数字音频和数字视频压缩标准，是由中国音视频编解码标准工作组制定的又一系列视频压缩标准。
视频压缩通常包括执行空间(帧内)预测和/或时间(帧间)预测来减少或移除视频数据中固有的冗余。对于基于块的视频编码，将视频帧分割为一个或更多个条带，每个条带具有多个视频块，视频块也可被称为编码树单元(CTU)。每个CTU可包含一个编码单元(CU)或者递归地被拆分为更小的CU直到达到预定义的最小CU尺寸为止。每个CU(也称为叶CU)包含一个或多个变换单元(TU)并且每个CU还包含一个或多个预测单元(PU)。可以以帧内、帧间或IBC模式对每个CU进行编码。视频帧的帧内编码(I)条带中的视频块使用关于同一视频帧内的邻近块中的参考样点的空间预测来进行编码。视频帧的帧间编码(P或B)条带中的视频块可使用关于同一视频帧内的邻近块中的参考样点的空间预测或关于其它先前参考视频帧和/或未来参考视频帧中的参考样点的时间预测。
基于先前已被编码的参考块(例如，邻近块)的空间预测或时间预测得出用于待编码的当前视频块的预测块。找到参考块的过程可通过块匹配算法来完成。表示待编码的当前块与预测块之间的像素差的残差数据被称为残差块或预测误差。根据残差块和指向参考帧中的形成预测块的参考块的运动矢量来对帧间编码块进行编码。确定运动矢量的过程通常被称为运动估计。根据帧内预测模式和残差块对帧内编码块进行编码。为了进一步压缩，将残差块从像素域变换到变换域(例如，频域)，从而得出残差变换系数，残差变换系数然后可被量化。最初以二维阵列布置的量化的变换系数可被扫描以生成变换系数的一维向量，然后被熵编码为视频比特流以实现甚至更大的压缩。
然后，将经编码的视频比特流保存于计算机可读存储介质(例如，闪存存储器)中，以由具有数字视频能力的另一电子设备访问或者有线或无线地直接发送到电子设备。然后，电子设备执行视频解压缩(其为与上文描述的视频压缩相反的过程)，例如，通过对经编码的视频比特流进行解析来从比特流获得语义元素，并且至少部分地基于从比特流获得的语义元素从经编码的视频比特流将数字视频数据重建为其原始格式，并且电子设备在电子设备的显示器上呈现重建的数字视频数据。
随着数字视频质量从高清变为4K×2K或甚至8K×4K，待编码/解码的视频数据量呈指数增长。在如何在保持解码视频数据的图像质量的同时能够更有效率地对视频数据进行编码/解码方面，是一个长久挑战。
发明内容
本申请描述了与视频数据编码和解码相关的实施方式，并且更具体地，描述了与关于提高色度编解码的编解码效率的方法和装置相关的实施方式，包括：1)降低多跨分量预测(PMC)模式的复杂度；2)通过探索亮度预测Cb残差与亮度预测Cr残差之间的符号和缩放关系来提高PMC模式的编解码效率。
根据本申请的第一方面，一种对视频数据进行编码的方法包括：从视频数据的比特流接收语义元素，其中语义元素指示帧内色度预测模式是用于编码单元的多跨分量预测PMC模式之一；根据应用于所述编码单元的亮度分量的重建的线性模型来导出所述编码单元的色度分量的中间预测；将裁剪操作应用于色度分量的所述中间预测的输出，以将所述中间预测的所述输出的值限制在预定范围内。
在一些实施例中，根据下式导出所述编码单元的色度分量的中间预测块：
IPred＝A·RecY+B
其中IPred表示具有与所述亮度分量相同维度的所述色度分量的所述中间预测，Recy表示所述亮度分量的重建，并且A和B是所述线性模型的线性参数。
在一些实施例中，所述预定范围为0到2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
在一些实施例中，所述预定范围为0到2BitDepth-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
在一些实施例中，所述预定范围为0至215-1。
在一些实施例中，根据下式导出所述编码单元的色度分量的中间预测块：
IPred＝S×(A·RecY+B)
其中IPred表示具有与所述亮度分量相同维度的所述色度分量的所述中间预测，RecY表示所述亮度分量的重建，A和B是所述线性模型的线性参数，并且S表示正号或负号。
在一些实施例中，导出所述编码单元的色度分量的中间预测块，还包括：在所述裁剪操作之后对IPred的输出进行下采样；根据下式获得Cr色度分量的最终预测FPredCr：
FPredCr＝IPred′-S×w×RecCb
其中，IPred′表示在所述裁剪操作之后的IPred的经下采样的输出，RecCb是所述编码单元内的重建Cb色度分量，并且w是正权重参数。
在一些实施例中，所述剪辑操作的所述预定范围为-2BitDepth+1到2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
在一些实施例中，导出所述编码单元的色度分量的中间预测块，还包括：从比特流接收帧内色度PMC模式形式标志，其中所述帧内色度PMC模式形式标志通过为S分配负号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的正相关，或者通过为S分配正号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的负相关；从比特流接收指示所述正权重参数w的值的帧内色度索引语义。
在一些实施例中，所述正权重参数w的值是从包括由2n表示的值的表中选择的，其中n是整数。
根据本申请的第二方面，一种电子装置包括一个或更多个处理单元、存储器和存储在存储器中的多个程序。程序在被一个或更多个处理单元执行时使电子装置执行如上文所描述的对视频数据进行编解码的方法。
根据本申请的第三方面，一种非暂态计算机可读存储介质存储用于由具有一个或更多个处理器单元的电子装置执行的多个程序。程序在被一个或更多个处理单元执行时使电子装置执行如上文所描述的对视频数据进行编解码的方法。
附图说明
被包括以提供对实施方式的进一步理解并且被并入本文并构成说明书的一部分的附图示出了所描述的实施方式，并且与本描述一起用于解释基本原理。相似的附图标记指代相应的部分。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频编码和解码系统的框图。
图2是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频编码器的框图。
图3是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频解码器的框图。
图4A至图4E是示出根据本公开的一些实施方式的如何将帧递归地分割为不同尺寸和形状的多个视频块的框图。
图5是描绘根据本公开的一些实施方式的色度预测块生成过程的基本过程的框图。
图6是示出根据本公开的一些实施方式的导出四个邻近样点的示例的框图。
图7是示出根据本公开的一些实施方式的示例性多跨分量预测(PMC)过程的框图。
图8是示出根据本公开的一些实施方式的通过在IPred的输出处使用裁剪操作的PMC简化的示例性过程的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照具体实施方式，在附图中示出具体实施方式的示例。在以下详细描述中，阐述了很多非限制性具体细节以便帮助理解本文呈现的主题。但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离权利要求的范围的情况下，可使用各种替代方案，并且可在没有这些具体细节的情况下实践主题。例如，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，本文呈现的主题可在具有数字视频能力的许多类型的电子设备上实现。
第一代AVS标准包括中国国家标准“信息技术，高级音视频编解码，第2部分：视频”(称为AVS1)和“信息技术，高级音视频编解码，第16部分：广播电视视频”(称为AVS+)。与MPEG-2标准相比，第一代AVS标准可在相同的感知质量下提供大约50％的比特率节省。第二代AVS标准包括中国国家标准“信息技术，高效多媒体编解码”(称为AVS2)系列，其主要针对超HD TV节目的传输。AVS2的编码效率是AVS+的编码效率的两倍。同时，AVS2标准视频部分由电气和电子工程师协会(IEEE)提交作为应用的一个国际标准。AVS3标准是用于UHD视频应用的一个新一代视频编解码标准，其旨在超越最新国际标准HEVC的编解码效率，最新国际标准HEVC提供比HEVC标准节省大约30％的比特率。在2019年03月，在第68次AVS会议上，完成了AVS3-P2基线，其相对于HEVC标准提供大约30％的比特率节省。目前，存在一种称为高性能模型(HPM)的参考软件，其由AVS组维护以演示AVS3标准的参考实现。与HEVC一样，AVS3标准建立在基于块的混合视频编解码框架上。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的用于并行地对视频块进行编码和解码的示例性系统10的框图。如图1中所示，系统10包括源设备12，源设备12生成并编码稍后将由目标设备14进行解码的视频数据。源设备12和目标设备14可包括各种各样的电子设备中的任何电子设备，包括台式计算机或膝上型计算机、平板计算机、智能电话、机顶盒、数字电视、相机、显示器设备、数字媒体播放器、视频游戏机、视频流传输设备等。在一些实施方式中，源设备12和目标设备14配备有无线通信能力。
在一些实施方式中，目标设备14可经由链路16接收待解码的编码视频数据。链路16可包括能够将编码视频数据从源设备12移动到目标设备14的任何类型的通信介质或设备。在一个示例中，链路16可包括使源设备12能够实时地将编码视频数据直接发送到目标设备14的通信介质。编码视频数据可根据通信标准(诸如无线通信协议)被调制，并且被发送到目标设备14。通信介质可包括任何无线或有线通信介质，诸如射频(RF)频谱或一个或更多个物理传输线。通信介质可形成基于分组的网络(例如，局域网、广域网或诸如互联网的全球网)的一部分。通信介质可包括路由器、交换机、基站或可有利于促进从源设备12到目标设备14的通信的任何其它装置。
在一些其它实施方式中，编码视频数据可从输出接口22被发送到存储设备32。随后，存储设备32中的编码视频数据可由目标设备14经由输入接口28被访问。存储设备32可包括各种分布式或本地访问的数据存储介质中的任何数据存储介质，诸如硬盘驱动器、蓝光光盘、DVD、CD-ROM、闪存存储器、易失性或非易失性存储器、或者用于存储编码视频数据的任何其它合适的数字存储介质。在另一示例中，存储设备32可对应于文件服务器或可保持由源设备12生成的编码视频数据的另一中间存储设备。目标设备14可从存储设备32经由流传输或下载来访问存储的视频数据。文件服务器可以是能够存储编码视频数据并且将编码视频数据发送到目标设备14的任何类型的计算机。示例性文件服务器包括web服务器(例如，用于网站)、FTP服务器、网络附属存储(NAS)设备或本地磁盘驱动器。目标设备14可通过适合于访问存储在文件服务器上的编码视频数据的任何标准数据连接来访问编码视频数据，标准数据连接包括无线信道(例如，Wi-Fi连接)、有线连接(例如，DSL、电缆调制解调器等)或无线信道和有线连接两者的组合。编码视频数据从存储设备32的传输可以是流传输、下载传输或流传输和下载传输两者的组合。
如图1中所示，源设备12包括视频源18、视频编码器20和输出接口22。视频源18可包括诸如以下项的源或此类源的组合：视频捕获设备(例如，摄像机)、包含先前捕获的视频的视频存档、用于从视频内容提供者接收视频的视频馈入接口、和/或用于生成作为源视频的计算机图形数据的计算机图形系统。作为一个示例，如果视频源18是安全监控系统的摄像机，则源设备12和目标设备14可形成相机电话或视频电话。然而，本申请中所描述的实施方式通常可适用于视频编码/解码，并且可应用于无线和/或有线应用。
可由视频编码器20对捕获、预先捕获或计算机生成的视频进行编码。可经由源设备12的输出接口22直接将编码视频数据发送到目标设备14。还可(或可选地)将编码视频数据存储到存储设备32上以供稍后被目标设备14或其它设备访问，以用于解码和/或回放。输出接口22可进一步包括调制解调器和/或发送器。
目标设备14包括输入接口28、视频解码器30和显示器设备34。输入接口28可包括接收器和/或调制解调器，并且通过链路16接收编码视频数据。通过链路16通信传送或在存储设备32上提供的编码视频数据可包括由视频编码器20生成的各种语义元素以供视频解码器30在对视频数据进行解码时使用。此类语义元素可被包括在通信介质上发送、存储在存储介质上或存储在文件服务器上的编码视频数据内。
在一些实施方式中，目标设备14可包括显示器设备34，显示器设备34可以是集成显示器设备和被配置为与目标设备14通信的外部显示器设备。显示器设备34将解码视频数据显示给用户，并且可包括各种显示器设备中的任何显示器设备，诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示器、有机发光二极管(OLED)显示器或另一类型的显示器设备。
视频编码器20和视频解码器30可根据专有标准或行业标准(例如，VVC、HEVC、MPEG-4、Part 10、高级视频编码(AVC)、AVS或此类标准的扩展进行操作。应当理解，本申请不限于特定的视频编码/解码标准，并且可适用于其它视频编码/解码标准。通常认为源设备12的视频编码器20可被配置为根据这些当前标准或未来标准中的任何标准对视频数据进行编码。类似地，还通常认为目标设备14的视频解码器30可被配置为根据这些当前标准或未来标准中的任何标准对视频数据进行解码。
视频编码器20和视频解码器30可分别被实现为各种合适的编码器电路中的任何电路，诸如一个或更多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑、软件、硬件、固件或其任何组合。当部分地以软件实现时，电子设备可将用于软件的指令存储于合适的非暂态计算机可读介质中，并且使用一个或更多个处理器执行硬件中的指令以执行本公开中所公开的视频编码/解码操作。视频编码器20和视频解码器30中的每一个可被包括在一个或更多个编码器或解码器中，编码器或解码器中的任一者可被集成为相应设备中的组合式编码器/解码器(CODEC)的一部分。
图2是示出根据本申请中描述的一些实施方式的示例性视频编码器20的框图。视频编码器20可执行对视频帧内的视频块的帧内预测编码和帧间预测编码。帧内预测编码依赖于空间预测以减少或移除给定视频帧或图片内的视频数据中的空间冗余。帧间预测编码依赖于时间预测以减少或移除视频序列的相邻视频帧或图片内的视频数据中的时间冗余。
如图2中所示，视频编码器20包括视频数据存储器40、预测处理单元41、解码图片缓冲器(DPB)64、加法器50、变换处理单元52、量化单元54和熵编码单元56。预测处理单元41进一步包括运动估计单元42、运动补偿单元44、分割单元45、帧内预测处理单元46和帧内块复制(BC)单元48。在一些实施方式中，视频编码器20还包括用于视频块重建的反量化单元58、逆变换处理单元60和加法器62。环路滤波器(诸如去块滤波器(未示出))可位于加法器62与DPB 64之间以对块边界进行滤波以从重建视频去除块效应。除了去块滤波器之外，还可使用环路滤波器(未示出)来对加法器62的输出进行滤波。在将重建的CU放入参考图片存储器中并用作对未来视频块进行编解码的参考之前，可对重建的CU进一步应用环路滤波，诸如样点自适应偏移(SAO)和自适应环路滤波器(ALF)。视频编码器20可采取固定或可编程硬件单元的形式，或者可分散在所说明的固定或可编程硬件单元中的一个或更多个中。
视频数据存储器40可存储将由视频编码器20的组件编码的视频数据。视频数据存储器40中的视频数据可例如从视频源18获得。DPB 64是存储供视频编码器20(例如，以帧内或帧间预测编码模式)在对视频数据进行编码时使用的参考视频数据的缓冲器。视频数据存储器40和DPB 64可由各种存储器设备中的任何存储器设备形成。在各种示例中，视频数据存储器40可与视频编码器20的其它组件一起在芯片上，或相对于那些组件在芯片外。
如图2中所示，在接收到视频数据之后，预测处理单元41内的分割单元45将视频数据分割为视频块。此分割还可包括根据与视频数据相关联的预定义的拆分结构(诸如四叉树结构)将视频帧分割为条带、分区(tile)或其它更大编码单元(CU)。视频帧可被划分为多个视频块(或被称为分区的视频块集合)。预测处理单元41可基于误差结果(例如，编码速率和失真等级)为当前视频块选择多个可行预测编码模式中的一个，诸如多个帧内预测编码模式中的一个或多个帧间预测编码模式中的一个。预测处理单元41可将所得的帧内预测编码块或帧间预测编码块提供给加法器50以生成残差块，并且提供给加法器62以重建编码块以用于随后作为参考帧的一部分使用。预测处理单元41还将语义元素(诸如运动矢量、帧内模式指示符、分割信息和其它此类语义信息)提供给熵编码单元56。
为了选择用于当前视频块的合适的帧内预测编码模式，预测处理单元41内的帧内预测处理单元46可以与和待编码的当前块在同一帧中的一个或更多个邻近块相关地执行当前视频块的帧内预测编码以提供空间预测。预测处理单元41内的运动估计单元42和运动补偿单元44与一个或更多个参考帧中的一个或更多个预测块相关地执行当前视频块的帧间预测编码以提供时间预测。视频编码器20可执行多个编码遍次，例如，来为视频数据的每个块选择合适的编码模式。
在一些实施方式中，运动估计单元42通过根据视频帧序列内的预定模式生成运动矢量来确定用于当前视频帧的帧间预测模式，运动矢量指示当前视频帧内的视频块的预测单元(PU)相对于参考视频帧内的预测块的位移。由运动估计单元42执行的运动估计是生成估计针对视频块的运动的运动矢量的过程。例如，运动矢量可指示当前视频帧或图片内的视频块的PU相对于与当前帧内正被编码的当前块(或其它编码单元)相关的参考帧内的预测块(或其它编码单元)的位移。预定模式可将序列中的视频帧指定为P帧或B帧。帧内BC单元48可以以与由运动估计单元42确定用于帧间预测的运动矢量类似的方式确定用于帧内BC编码的矢量(例如，块矢量)，或可利用运动估计单元42确定块矢量。
在像素差方面，预测块是被认为与待编码视频块的PU紧密匹配的参考帧的块，像素差可由绝对差总和(SAD)、平方差总和(SSD)或其它差度量确定。在一些实施方式中，视频编码器20可计算用于DPB 64中存储的参考帧的子整数像素位置的值。例如，视频编码器20可对参考帧的四分之一像素位置、八分之一像素位置或其它分数像素位置的值进行内插。因此，运动估计单元42可相对于全像素位置和分数像素位置执行运动搜索并且输出具有分数像素精度的运动矢量。
运动估计单元42通过以下来计算针对帧间预测编码帧中的视频块的PU的运动矢量：将PU的位置与从第一参考帧列表(列表0)或第二参考帧列表(列表1)选择的参考帧的预测块的位置进行比较，第一参考帧列表和第二参考帧列表中的每一个标识存储在DPB 64中的一个或更多个参考帧。运动估计单元42将计算的运动矢量发送到运动补偿单元44，然后发送到熵编码单元56。
由运动补偿单元44执行的运动补偿可涉及基于由运动估计单元42确定的运动矢量提取或生成预测块。在接收到针对当前视频块的PU的运动矢量后，运动补偿单元44可在参考帧列表中的一个参考帧列表中定位运动矢量所指向的预测块，从DPB 64取回预测块，并且将预测块转发到加法器50。然后，加法器50通过从正被编码的当前视频块的像素值减去由运动补偿单元44提供的预测块的像素值来形成像素差值的残差视频块。形成残差视频块的像素差值可包括亮度差分量或色度差分量或两者。运动补偿单元44还可生成与视频帧的视频块相关联的语义元素以供视频解码器30在对视频帧的视频块进行解码时使用。语义元素可包括例如定义用于识别预测块的运动矢量的语义元素、指示预测模式的任何标记、或本文描述的任何其它语义信息。应注意，运动估计单元42和运动补偿单元44可高度集成，但出于概念目的而单独说明。
在一些实施方式中，帧内BC单元48可以以与上文结合运动估计单元42和运动补偿单元44所描述的方式类似的方式生成矢量并提取预测块，但是这些预测块在与正被编码的当前块的同一帧中，并且这些矢量被称为块矢量而非运动矢量。具体地，帧内BC单元48可确定将用于对当前块进行编码的帧内预测模式。在一些示例中，帧内BC单元48可例如在单独的编码遍次期间使用各种帧内预测模式来对当前块进行编码，并且通过率失真分析来测试它们的性能。接下来，帧内BC单元48可在各种测试的帧内预测模式中选择合适的帧内预测模式以使用并相应地生成帧内模式指示符。例如，帧内BC单元48可使用率失真分析针对各种测试的帧内预测模式计算率失真值，并且在测试的模式中选择具有最佳率失真特性的帧内预测模式作为合适的帧内预测模式来使用。率失真分析大体上确定编码块与被编码以生成编码块的原始未编码块之间的失真(或误差)量、以及用于生成编码块的比特率(即，比特数量)。帧内BC单元48可从针对各种编码块的失真和速率计算比率，以确定哪个帧内预测模式展现针对块的最佳率失真值。
在其它示例中，帧内BC单元48可全部或部分地使用运动估计单元42和运动补偿单元44来执行根据本文描述的实施方式的用于帧内BC预测的此类功能。在任一情况下，对于帧内块复制，在像素差方面，预测块可以是被认为与待编码的块紧密匹配的块，像素差可由绝对差总和(SAD)、平方差总和(SSD)或其它差度量确定，并且预测块的识别可包括计算针对子整数像素位置的值。
无论预测块是来自根据帧内预测的同一帧还是来自根据帧间预测的不同帧，视频编码器20可通过从正被编码的当前视频块的像素值减去预测块的像素值来形成像素差值，从而形成残差视频块。形成残差视频块的像素差值可包括亮度分量差和色度分量差两者。
作为如上文所描述的由运动估计单元42和运动补偿单元44执行的帧间预测或由帧内BC单元48执行的帧内块复制预测的替代方案，帧内预测处理单元46可对当前视频块进行帧内预测。具体地，帧内预测处理单元46可确定帧内预测模式以用于对当前块进行编码。为此，帧内预测处理单元46可例如在单独的编码遍次期间使用各种帧内预测模式来对当前块进行编码，并且帧内预测处理单元46(或在一些示例中，模式选择单元)可从测试的帧内预测模式中选择合适的帧内预测模式来使用。帧内预测处理单元46可将指示针对块选择的帧内预测模式的信息提供给熵编码单元56。熵编码单元56可将指示选择的帧内预测模式的信息编码到比特流中。
在预测处理单元41经由帧间预测或帧内预测确定针对当前视频块的预测块之后，加法器50通过从当前视频块减去预测块来形成残差视频块。残差块中的残差视频数据可被包括在一个或更多个变换单元(TU)中并且提供给变换处理单元52。变换处理单元52使用变换(诸如离散余弦变换(DCT)或概念上类似的变换)将残差视频数据变换为残差变换系数。
变换处理单元52可将所得变换系数发送到量化单元54。量化单元54对变换系数进行量化以进一步减小比特率。量化过程还可减小与系数中的一些或全部相关联的比特深度。可通过调整量化参数来修改量化程度。在一些示例中，量化单元54可随后执行对包括量化的变换系数的矩阵的扫描。可选地，熵编码单元56可执行扫描。
在量化之后，熵编码单元56使用例如上下文自适应可变长度编码(CAVLC)、上下文自适应二进制算术编码(CABAC)、基于语义的上下文自适应二进制算术编码(SBAC)、概率区间分割熵(PIPE)编码或另一熵编码方法或技术，将量化的变换系数熵编码成视频比特流。然后，编码的比特流可被发送到视频解码器30，或存档于存储设备32中以供稍后发送到视频解码器30或由视频解码器30取回。熵编码单元56还可对用于正被编码的当前视频帧的运动矢量和其它语义元素进行熵编码。
反量化单元58和逆变换处理单元60分别应用反量化和逆变换以在像素域中重建残差视频块以用于生成用于预测其它视频块的参考块。如上文指出的，运动补偿单元44可从存储在DPB 64中的帧的一个或更多个参考块生成运动补偿预测块。运动补偿单元44还可将一个或更多个内插滤波器应用于预测块以计算子整数像素值以用于在运动估计时使用。
加法器62将重建的残差块加到由运动补偿单元44生成的运动补偿预测块来生成参考块以存储在DPB 64中。然后，参考块可由帧内BC单元48、运动估计单元42和运动补偿单元44用作预测块以对后续视频帧中的另一视频块进行帧间预测。
图3是示出根据本申请的一些实施方式的示例性视频解码器30的框图。视频解码器30包括视频数据存储器79、熵解码单元80、预测处理单元81、反量化单元86、逆变换处理单元88、加法器90和DPB 92。预测处理单元81进一步包括运动补偿单元82、帧内预测处理单元84和帧内BC单元85。视频解码器30可执行与上文结合图2关于视频编码器20所描述的编码过程基本互逆的解码过程。例如，运动补偿单元82可基于从熵解码单元80接收的运动矢量生成预测数据，而帧内预测单元84可基于从熵解码单元80接收的帧内预测模式指示符生成预测数据。
在一些示例中，视频解码器30的单元可被分派任务以执行本申请的实施方式。此外，在一些示例中，本公开的实施方式可分散在视频解码器30的多个单元中的一个或更多个单元中。例如，帧内BC单元85可单独地或与视频解码器30的其它单元(诸如，运动补偿单元82、帧内预测处理单元84和熵解码单元80)组合地执行本申请的实施方式。在一些示例中，视频解码器30可不包括帧内BC单元85，并且帧内BC单元85的功能可由预测处理单元81的其它组件(诸如运动补偿单元82)执行。
视频数据存储器79可存储将由视频解码器30的其它组件进行解码的视频数据，诸如编码视频比特流。存储在视频数据存储器79中的视频数据可例如从存储设备32、从本地视频源(诸如相机)、经由视频数据的有线或无线网络通信，或通过访问物理数据存储介质(例如，闪存驱动器或硬盘)获得。视频数据存储器79可包括存储来自编码视频比特流的编码视频数据的编码图片缓冲器(CPB)。视频解码器30的解码图片缓冲器(DPB)92存储参考视频数据以供视频解码器30(例如，以帧内或帧间预测编码模式)在对视频数据进行解码时使用。视频数据存储器79和DPB 92可由各种存储器设备中的任何存储器设备形成，诸如动态随机存取存储器(DRAM)(包括同步DRAM(SDRAM))、磁阻式RAM(MRAM)、电阻式RAM(RRAM)或其它类型的存储器设备。出于说明性目的，视频数据存储器79和DPB 92在图3中描绘为视频解码器30的两个不同组件。但是对于本领域的技术人员将显而易见的是，视频数据存储器79和DPB 92可由同一存储器设备或单独存储器设备提供。在一些示例中，视频数据存储器79可与视频解码器30的其它组件一起在芯片上，或相对于那些组件在芯片外。
在解码过程期间，视频解码器30接收表示编码视频帧的视频块和相关联的语义元素的编码视频比特流。视频解码器30可在视频帧级和/或视频块级接收语义元素。视频解码器30的熵解码单元80对比特流进行熵解码以生成量化系数、运动矢量或帧内预测模式指示符、以及其它语义元素。然后，熵解码单元80将运动矢量和其它语义元素转发到预测处理单元81。
当视频帧被编码为帧内预测编码(I)帧或用于其它类型的帧中的帧内编码预测块时，预测处理单元81的帧内预测处理单元84可基于用信号传送的帧内预测模式和来自当前帧的先前解码块的参考数据来生成用于当前视频帧的视频块的预测数据。
当视频帧被编码为帧间预测编码(即，B或P)帧时，预测处理单元81的运动补偿单元82基于从熵解码单元80接收的运动矢量和其它语义元素生成针对当前视频帧的视频块的一个或更多个预测块。预测块中的每一个可从参考帧列表中的一个参考帧列表内的参考帧生成。视频解码器30可基于存储在DPB 92中的参考帧使用默认构建技术来构建参考帧列表，列表0和列表1。
在一些示例中，当根据本文描述的帧内BC模式对视频块进行编码时，预测处理单元81的帧内BC单元85基于从熵解码单元80接收的块矢量和其它语义元素生成针对当前视频块的预测块。预测块可在由视频编码器20定义的与当前视频块的同一图片的重建区域内。
运动补偿单元82和/或帧内BC单元85通过解析运动矢量和其它语义元素来确定针对当前视频帧的视频块的预测信息，然后使用该预测信息生成针对正被解码的当前视频块的预测块。例如，运动补偿单元82使用接收到的语义元素中的一些语义元素来确定用于对视频帧的视频块进行编码的预测模式(例如，帧内预测或帧间预测)、帧间预测帧类型(例如，B或P)、用于针对帧的参考帧列表中的一个或更多个的构建信息、用于帧的每个帧间预测编码视频块的运动矢量、用于帧的每个帧间预测编码视频块的帧间预测状态、以及用于对当前视频帧中的视频块进行解码的其它信息。
类似地，帧内BC单元85可使用接收到的语义元素中的一些语义元素，例如标记，以确定当前视频块是使用帧内BC模式预测的、帧的哪些视频块在重建区域内且应被存储在DPB 92中的构建信息、用于帧的每个帧内BC预测视频块的块矢量、用于帧的每个帧内BC预测视频块的帧内BC预测状态、以及用于对当前视频帧中的视频块进行解码的其它信息。
运动补偿单元82还可使用如由视频编码器20在视频块的编码期间使用的内插滤波器执行内插，以计算针对参考块的子整数像素的内插值。在这种情况下，运动补偿单元82可从接收到的语义元素确定由视频编码器20使用的内插滤波器，并且使用这些内插滤波器来生成预测块。
反量化单元86使用由视频编码器20针对视频帧中的每个视频块计算的用于确定量化程度的相同量化参数，对在比特流中提供且由熵解码单元80熵解码的量化的变换系数进行反量化。逆变换处理单元88将逆变换(例如，逆DCT、逆整数变换或概念上类似的逆变换过程)应用于变换系数，以便在像素域中重建残差块。
在运动补偿单元82或帧内BC单元85基于矢量和其它语义元素生成针对当前视频块的预测块之后，加法器90通过将来自逆变换处理单元88的残差块与由运动补偿单元82和帧内BC单元85生成的对应预测块相加，来重建针对当前视频块的解码视频块。环路滤波器(未示出)可位于加法器90与DPB 92之间以进一步处理解码视频块。在将重建的CU放入参考图片存储器中之前，可对重建的CU应用环路滤波，诸如去块滤波器、样点自适应偏移(SAO)和自适应环路滤波器(ALF)。然后，将给定帧中的解码视频块存储在DPB 92中，DPB 92存储用于接下来的视频块的后续运动补偿的参考帧。DPB 92或与DPB 92分离的存储器设备还可存储解码视频以用于稍后呈现在显示器设备(例如，图1的显示器设备34)上。
在典型的视频编码过程中，视频序列通常包括帧或图片的有序集合。每一帧可包括三个样点阵列，表示为SL、SCb和SCr。SL是亮度样点的二维阵列。SCb是Cb色度样点的二维阵列。SCr是Cr色度样点的二维阵列。在其它情况下，帧可以是单色的，因此仅包括亮度样点的一个二维阵列。
与HEVC一样，AVS3标准建立在基于块的混合视频编解码框架上。输入视频信号被逐块(称为编码单元(CU))处理。与仅基于四叉树对块进行分割的HEVC不同，在AVS3中，一个编码树单元(CTU)基于四叉树/二叉树/扩展四叉树被拆分为CU以适应变化的局部特性。另外，去除了HEVC中的多分区单元类型的概念，即，AVS3中不存在对CU、预测单元(PU)和变换单元(TU)的区分。相反，每个CU一直被用作预测和变换两者的基本单元，而无需进一步的分割。在AVS3的树分割结构中，首先基于四叉树结构对一个CTU进行分割。然后，可基于二叉树和扩展四叉树结构进一步对每个四叉树叶节点进行分割。
如图4A中所示，视频编码器20(或更具体地，分割单元45)通过首先将帧分割为编码树单元(CTU)的集合来生成帧的编码表示。视频帧可包括以光栅扫描顺序从左到右和从上到下连续排序的整数个CTU。每个CTU是最大的逻辑编码单元，并且由视频编码器20以序列参数集用信号传送CTU的宽度和高度，使得视频序列中的所有CTU具有128×128、64×64、32×32和16×16之一的相同尺寸。但是应当注意，本申请不一定限于特定尺寸。如图4B中所示，每个CTU可包括亮度样点的一个编码树块(CTB)、色度样点的两个对应编码树块、以及用于对编码树块的样点进行编码的语义元素。语义元素描述编码像素块的不同类型的单元的性质以及可如何在视频解码器30处重建视频序列，包括帧间预测或帧内预测、帧内预测模式、运动矢量和其它参数。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，CTU可包括单个编码树块和用于对该编码树块的样点进行编码的语义元素。编码树块可以是N×N样点块。
为实现更好的性能，视频编码器20可对CTU的编码树块递归地执行树分割，例如二叉树分割、三叉树分割、四叉树分割或两者的组合，并且将CTU划分为较小的编码单元(CU)。如图4C中所描绘的，首先将64×64CTU 400划分为四个较小的CU，每个CU具有32×32的块尺寸。在四个较小的CU中，将CU 410和CU 420分别划分为块尺寸为16×16的四个CU。将两个16×16的CU 430和CU 440分别进一步划分为块尺寸为8×8的四个CU。图4D描绘了示出如图4C中所描绘的CTU 400的分割过程的最终结果的四叉树数据结构，四叉树的每个叶节点与范围从32×32到8×8的各个尺寸的一个CU对应。类似于图4B中描绘的CTU，每个CU可包括相同尺寸的帧的亮度样点的编码块(CB)和色度样点的两个对应编码块、和用于对编码块的样点进行编码的语义元素。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，CU可包括单个编码块和用于对编码块的样点进行编码的语义结构。应注意，图4C和图4D中所描绘的四叉树分割仅用于说明性目的，并且一个CTU可基于四叉树分割/三叉树分割/二叉树分割而被拆分为多个CU以适应于变化的局部特性。在多类型树结构中，一个CTU按照四叉树结构被分割，并且每个四叉树叶CU可按照二叉和三叉树结构被进一步分割。如图4E所示，在AVS3中，存在五种拆分/分割类型，即四元分割、水平二元分割、垂直二元分割、水平扩展四叉树分割和垂直扩展四叉树分割。
在一些实施方式中，视频编码器20可进一步将CU的编码块分割为一个或更多个M×N预测块(PB)。预测块是被应用相同预测(帧间或帧内)的矩形(正方形或非正方形)样点块。CU的预测单元(PU)可包括亮度样点的预测块、色度样点的两个对应预测块和用于对预测块进行预测的语义元素。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，PU可包括单个预测块和用于对预测块进行预测的语义结构。视频编码器20可生成针对CU的每个PU的亮度预测块、Cb预测块和Cr预测块的预测亮度块、预测Cb块和预测Cr块。
视频编码器20可使用帧内预测或帧间预测来生成针对PU的预测块。如果视频编码器20使用帧内预测来生成PU的预测块，则视频编码器20可基于与PU相关联的帧的解码样点来生成PU的预测块。如果视频编码器20使用帧间预测来生成PU的预测块，则视频编码器20可基于除与PU相关联的帧之外的一个或更多个帧的解码样点来生成PU的预测块。
在视频编码器20生成针对CU的一个或更多个PU的预测亮度块、预测Cb块和预测Cr块之后，视频编码器20可通过从CU的原始亮度编码块减去CU的预测亮度块来生成针对CU的亮度残差块，使得CU的亮度残差块中的每个样点指示CU的预测亮度块之一中的亮度样点与CU的原始亮度编码块中的对应样点之间的差。类似地，视频编码器20可分别生成针对CU的Cb残差块和Cr残差块，使得CU的Cb残差块中的每个样点指示CU的预测Cb块之一中的Cb样点与CU的原始Cb编码块中的对应样点之间的差，并且CU的Cr残差块中的每个样点可指示CU的预测Cr块之一中的Cr样点与CU的原始Cr编码块中的对应样点之间的差。
此外，如图4C中所示，视频编码器20可使用四叉树分割将CU的亮度残差块、Cb残差块和Cr残差块分解成一个或更多个亮度变换块、Cb变换块和Cr变换块。变换块是被应用相同变换的矩形(正方形或非正方形)样点块。CU的变换单元(TU)可包括亮度样点的变换块、色度样点的两个对应变换块和用于对变换块样点进行变换的语义元素。因此，CU的每个TU可与亮度变换块、Cb变换块和Cr变换块相关联。在一些示例中，与TU相关联的亮度变换块可以是CU的亮度残差块的子块。Cb变换块可以是CU的Cb残差块的子块。Cr变换块可以是CU的Cr残差块的子块。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，TU可包括单个变换块和用于对该变换块的样点进行变换的语义结构。
视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的亮度变换块以生成针对TU的亮度系数块。系数块可以是变换系数的二维阵列。变换系数可以是标量。视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的Cb变换块以生成针对TU的Cb系数块。视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的Cr变换块以生成针对TU的Cr系数块。
在生成系数块(例如，亮度系数块、Cb系数块或Cr系数块)之后，视频编码器20可对系数块进行量化。量化通常是指变换系数被量化以可能减少用于表示变换系数的数据量从而提供进一步压缩的过程。在视频编码器20对系数块进行量化之后，视频编码器20可对指示量化的变换系数的语义元素进行熵编码。例如，视频编码器20可对指示量化的变换系数的语义元素执行上下文自适应二进制算术编码(CABAC)。最后，视频编码器20可输出包括比特序列的比特流，比特序列形成编码帧和相关联数据的表示，比特流被保存于存储设备32中或被发送到目标设备14。
在接收到由视频编码器20生成的比特流之后，视频解码器30可解析比特流以从比特流获得语义元素。视频解码器30可至少部分地基于从比特流获得的语义元素来对视频数据的帧进行重建。对视频数据进行重建的过程通常与由视频编码器20执行的编码过程互逆。例如，视频解码器30可对与当前CU的TU相关联的系数块执行逆变换以重建与当前CU的TU相关联的残差块。视频解码器30还通过将针对当前CU的PU的预测块的样点加到当前CU的TU的变换块的对应样点，来重建当前CU的编码块。在重建针对帧的每个CU的编码块之后，视频解码器30可重建帧。
在一些实施例中，本文中的公开内容的焦点是降低在AVS3标准中应用的多跨分量预测(PMC)工具的复杂度。本文简要描述了AVS3标准中的跨分量预测技术，即两步跨分量预测(TSCPM)。使用AVS3标准中的PMC设计作为示例来解释PMC工具的主要方面。
尽管AVS3标准中的现有PMC设计在以下描述中用作基本PMC方法，但对于视频编解码领域的技术人员来说，本文中所描述的方法和系统还可应用于其它跨分量预测设计或具有相同或类似设计精神的其它编解码工具。
TSCPM在VVC标准中也被称为跨分量预测模型(CCLM)，其遵循相同的设计精神，但在某些设计细节上具有一些细微差异。
主要的TSCPM过程包括以下步骤。首先，从邻近重建样点获得线性模型。第二，将线性模型应用于原始重建亮度块以得到内部预测块。第三，对内部预测块进行下采样以生成最终色度预测块。
图5是描绘根据本公开的一些实施方式的色度预测块生成过程的基本过程的框图。左侧正方形502通过RL(x，y)表示位于同位亮度块的(x，y)处的原始重建亮度样点。通过简单地将具有参数(α，β)的线性模型应用于每个亮度样点来生成临时色度预测块504，并且样点由P′c(x，y)＝α×RL(x，y)+β表示。之后，临时色度预测块504被进一步下采样以生成最终色度预测块506，并且样点由Pc(x，y)表示。
在以下子部分中描述线性模型导出过程和下采样过程。
图6是示出根据本公开的一些实施方式的导出四个邻近样点的示例的框图。在导出线性模型时，可选择四个样点602、604、606和608，并且利用两个较大值的平均值和两个较小值的平均值来计算参数。首先，如下面的等式(1)计算宽度和高度的比率r。然后，基于上方行和左侧列的可用性，选择两个样点。
首先，如等式1计算宽度和高度的比率r。然后，基于上方行和左侧列的可用性，选择两个样点。
Figure BDA0003346637420000191
posA和posL的导出在下面的等式(2)中示出(位置索引从0开始)。
posA＝宽度-r
posL＝高度-1 (2)
P′c(x，y)＝α×RL(x，y)+β (3)
类似于一般帧内预测过程，将裁剪操作应用于P′c(x，y)以确保其在[0，1＜＜(比特深度-1)]内。
针对临时色度预测块的下采样过程引入六抽头滤波器(即，[121；121])，如等式4所示。
Pc＝(2×P′c(2x，2y)+2×P′c(2x，2y+1)+P′c(2x-1，2y)+Pc′2x+1，2y+Pc′2x-1，2y+1+Pc′2x+1，2y-1+4＞＞3 (4)
另外，对于位于最左侧列处的色度样点，替代地应用[1，1]下采样滤波器。
下面描述语义设计。根据当前TSCPM设计，标志被使用以用信号传送色度帧内预测模式是否为TSCPM。该标志在DM模式之后立即被编解码。用于每个色度模式的详细二进制位字符串被列于下表1中，其示出在色度帧内模式的TSCPM情况下的编解码二进制位信令。
表1：在色度帧内模式的TSCPM情况下的编解码二进制位信令。
索引 模式 二进制位字符串
0 DM 1
5 TSCPM 01
1 DC 001
2 HOR 0001
3 VER 00001
4 BI 00000
在AVS3标准中应用多跨分量预测(PMC)方法，其中Cr分量的预测通过Y重建样点和Cb重建样点的线性组合被导出。首先根据应用于对应亮度块的线性模型导出内部块IPred，并且可根据下采样的临时块和重建的Cb块之间的差异获得Cr的最终预测。更具体地，Cr块的最终预测被如下定义。
IPred＝A·RecY+B， (5-1)
FPredCr＝IPred′-RecCb， (5-2)
图7是示出根据本公开的一些实施方式的示例性PMC过程的框图。在上述等式(5-1)和(5-2)中，RecY表示Y分量的重建，并且IPred是具有亮度编码块的相同维度的内部块。IPred′表示经下采样的IPred，其采用与TSCPM中相同的一组下采样滤波器。
为了保持复杂度尽可能低并保留TSCPM的逻辑，线性参数(A，B)被设置为(α0+α1，β0+β1)，其中(α0，β0)和(α1，β1)分别是针对Cb和Cr导出的两组线性模型参数。
由于在TSCPM中根据如何导出线性模型存在三种模式，所以进一步引入三种PMC模式。这三种PMC模式被视为附加的TSCPM模式。此外，如果用PMC模式对相应的Cr块进行编解码，则推断Cb块的coded_block_flag(cbf)为1。当用PMC模式对当前Cr块进行编解码时，Cr块的QP增加1。下面的表2示出了AVS3中的色度帧内预测模式和所设计的PMC模式的二进制位字符串。PMC模式具有等于8、9或10的IntraChromaPredMode。
表2：AVS3中的色度帧内预测模式和所设计的PMC模式的二进制位字符串的图示。
Figure BDA0003346637420000211
在一些实施例中，尽管PMC模式可有效地增强帧内和帧间预测的效率，但其现有设计的若干方面仍可在编码器和解码器硬件复杂度方面进一步改进。具体地，如等式(5-1)和图7中所描述的，PMC需要中间缓冲器(IPred)来存储从RecY导出的中间预测值，以馈入IPred的块用于进一步的下采样处理。然而，现有的PMC设计在IPred块的输出处不包括裁剪操作，从而导致对缓冲存储器的额外的不必要的比特范围分配。例如，在10比特应用中，最坏情况是α0或α1为(1023×65536+8)>>4＝4190208(22比特)并且β0或β1为0。这导致Cr样点IPred的最大值为(8380416×1023>>16)+0＝130816(17比特)。然而，由于IPred值在物理上表示2个10比特预测样点的相加，因此其本质上仅需要11比特。基于这种分析，中间预测样点的这种动态范围增加不仅增加了片上存储器大小，而且增加了所使用的加法的比特宽度。这两个因素对于实际的硬件编解码器实现都非常昂贵。
在一些实施例中，实施PMC简化的方法和系统以降低PMC模式的复杂度。具体地，所实施方法的主要方面总结如下。
在一些实施例中，在IPred的输出处添加一个裁剪操作，以将动态比特范围限制在特定值内。例如，在第一方法中，将IPred的输出裁剪到范围[0，(1<<(比特深度+1))-1]内，这给出了缓冲器大小和性能之间的最佳权衡。在另一示例中，在第二方法中，如果焦点在于重用原始TSCPM裁剪逻辑，则将IPred的输出裁剪到范围[0，(1<<比特深度)-1]内。在又一示例中，在第三方法中，将IPred的输出裁剪到范围[0，(1<<15)-1]内，这保证了色度预测样点的中间动态范围不超过16位整数，所述16位整数是存储用于实际硬件编解码器实施方式的中间参数的常用比特宽度。裁剪操作在下面被定义为函数Clip3，x是裁剪范围的下边界，y是裁剪范围的上边界。Z是裁剪操作的输入值。
Figure BDA0003346637420000221
作为一个示例，下面示出了在应用第一方法之后对应AVS规范改变。
为了导出色度预测值：
如果IntraChromaPredMode等于5、6或7，或者如果IntraChromaPredMode等于8、9或10，并且当前分量是Cb，则如下导出色度预测值：
·predChroma[x][y]＝Clip1(((α×I[x][y])>>iShift)+β)(x＝0～2M-1,y＝0～2N-1)
·predMatrix[0][y]＝(predChroma[0][2y]+predChroma[0][2y+1]+1)>>1，(y＝0～N-1)
·predMatrix[x][y]＝(predChroma[2x-1][2y]+2×predChroma[2x][2y]+predChroma[2x+1][2y]+predChroma[2x-1][2y+1]+2×predChroma[2x][2y+1]+predChroma[2x+1][2y+1]+4)>>3，(x＝1～M-1,y＝0～N-1)
否则，
predChroma[x][y]＝Clip3(0，(1<<(BitDepth+1))-1，(((α_Cb+α_Cr)(1[x][y])>>1Shift)+β_Cb+β_Cr)(x＝0～2M-1，y＝0～2N-1)
predMatrixTemp[0][y]＝(predChroma[0][2y]+predChroma[0][2y+1]+1)>>1，(y＝0～N-1)
predMatrixTemp[x][y]＝(predChroma[2x-1][2y]+2×predChroma[2x][2y]+predChroma[2x+1][2y]+predChroma[2x-1][2y+1]+2×predChroma[2x][2y+1]+predChroma[2x+1][2y+1]+4)>>3，(x＝1～M-1,y＝0～N-1)
predMatrix[x][y]＝predMatrixTemp[x][y]–Cb[x][y]，(x＝0～M-1，y＝0～N-1)
在一些实施例中，实施PMC增强的方法和系统来通过探索亮度预测Cb残差和亮度预测Cr残差之间的符号和缩放关系来提高PMC的编解码效率。在下面的描述中，使用AVS3标准中的PMC设计作为示例来解释当探索更多的Cb和Cr残差关系时的潜在编解码效率。在此基础上给出了具体的实现方法。
尽管AVS3标准中的PMC设计在以下描述中用作基本PMC方法，但对于视频编解码领域的技术人员来说，本文中所描述的所实施方法还可应用于其它跨分量预测设计或具有相同或类似设计精神的其它编解码工具。
TSCPM在VVC标准中也被称为跨分量预测模型(CCLM)，其遵循相同的设计精神，但在某些设计细节上具有一些细微差异。
Cb和Cr的预测残差具有正相关或负相关。然而，通过分解如下文所示的PMC Cr样点预测的公式，仅包括负相关。(a0，b0)和(a1，b1)分别表示Cb的TSCPM参数和Cr的TSCPM参数。Rec、Pred和Res分别表示重建样点、预测样点和残差样点。只有当由TSCPM预测的Cb残差与由TSCPM预测的Cr残差具有负相关时，现有PMC才去除这两个残差之间的冗余。
Pred_Cr＝(a0+a1)*Rec_Y+(b0+b1)–Rec_Cb (6-1)
＝(a0+a1)*Rec_Y+(b0+b1)-(Pred_Cb+Res_Cb) (6-2)
＝(a0+a1)*Rec_Y+(b0+b1)-(a0*Rec_Y+b0+Res_Cb) (6-3)
＝a1*Rec_Y+b1–Res_Cb (6-4)
在一些实施例中，为了进一步提高PMC编解码效率，还可在PMC设计中考虑Cb的预测残差与Cr的预测残差之间的正相关，如下所示。
Pred_Cr＝-(a0-a1)*Rec_Y-(b0-b1)+Rec_Cb (7-1)
＝(-a0+a1)*Rec_Y+(-b0+b1)+(Pred_Cb+Res_Cb) (7-2)
＝(-a0+a1)*Rec_Y+(-b0+b1)+(a0*Rec_Y+b0+Res_Cb) (7-3)
＝a1*Rec_Y+b1+Res_Cb (7-4)
在一些实施例中，可在序列、帧、条带、CTU或块等级中用信号传送标志以指示等式(6-1)或等式(7-1)的哪种形式应用于PMC Cr样点预测。标志可被上下文编解码为PMC模式标志。表3给出添加了另外三种PMC模式11、12和13并修改了二进制位字符串的示例。
表3：AVS3中的色度帧内预测模式的二进制位字符串和所实施的具有可替代形式的修改的PMC模式的二进制位字符串的图示。
Figure BDA0003346637420000241
Figure BDA0003346637420000251
在一些实施例中，当与上述PMC简化组合时，裁剪的下边界变为-1<<比特深度。例如，在第一方法中，将IPred的输出裁剪为在范围[-(1<<比特深度)，(1<<(比特深度+1))-1]内。并且对应的AVS规范被修改如下：
predChroma[x][y]＝Clip3(-(1<<比特深度)，(1<<(比特深度+1))-1，(((α_cb+α_cr)×I[x][y])>>iShift)+β_cb+β_cr)(x＝0～2M-1，y＝0～2N-1)
在一些实施例中，Cb和Cr的预测残差之间的相关可被扩展到符号和缩放比例两者，被表示为w，如下所示。
Pred_Cr＝(w*a0+a1)*Rec_Y+(w*b0+b1)-w*Rec_Cb (8-1)
＝(w*a0+a1)*Rec_Y+(w*b0+b1)-w*(Pred_Cb+Res_Cb) (8-2)
＝(w*a0+a1)*Rec_Y+(w*b0+b1)-w*(a0*Rec_Y+b0+Res_Cb) (8-3)
＝a1*Rec_Y+B1-w*Res_Cb (8-4)
在一些实施例中，为了用信号传送w，可首先用信号传送形式标志，接着是指示在有限表中应用哪个绝对值|w|的索引。例如，1/4、1/2、1、2、4…等，其中|w|仅包括2的幂次方值。注意，排除|w|＝0，这是因为在这种情况下PMC退化为TSCPM。可在序列、帧、条带、CTU或块等级中用信号传送形式标志和索引。
在一些实施例中，当与PMC简化组合时，例如，如果|w|仅包括1/4、1/2、1、2和4，则裁剪的下边界变为-1<<(比特深度+log2(max|w|))。在第一方法中，将IPred的输出裁剪到范围[-1(<<(比特深度+2))，(1<<(比特深度+1))-1]内。并且对应的AVS规范被修改如下：
predChroma[x][y]＝Clip3(-(1<<(BitDepth+2))，(1<<(BitDepth+1))-1，(((α_cb+α_cr)×I[x][y])>>iShift)+β_cb+β_cr)(x＝0～2M-1，y＝0～2N-1)
在一些实施例中，在下表3中示出了在块等级中用信号传送的w的示例。
表3：在块等级中用信号传送的w的示例
Figure BDA0003346637420000261
Figure BDA0003346637420000271
图8是示出根据本公开的一些实施方式的通过在IPred的输出处使用裁剪操作的PMC简化的示例性过程800的流程图。下面进一步描述通过利用视频分量Cb和Cr的预测残差之间的正关系和负关系两者的PMC增强过程。
视频解码器30从视频数据的比特流接收指示帧内色度预测模式为用于编码单元的多跨分量预测(PMC)模式之一的语义元素(810)。
视频解码器30根据应用于编码单元的亮度分量的重建的线性模型来导出编码单元的色度分量的中间预测(820)。
视频解码器30将裁剪操作应用于色度分量的中间预测的输出以将中间预测的输出的值限制在预定范围内(830)。
在一些实施例中，根据下式导出编码单元的色度分量的中间预测块(820)：
IPred＝A·RecY+B
其中IPred表示具有亮度分量的相同维度的色度分量的中间预测，Rec_Y表示亮度分量的重建，并且A和B是线性模型的线性参数。
在一些实施例中，预定范围为0到2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示色度分量的比特深度。
在一些实施例中，预定范围为0到2BitDepth-1，其中BitDepth表示色度分量的比特深度。
在一些实施方式中，预定范围是0至215-1。
在一些实施例中，根据下式导出编码单元的色度分量的中间预测块(820)：
IPred＝S×(A·RecY+B)
其中IPred表示具有亮度分量的相同维度的色度分量的中间预测，RecY表示亮度分量的重建，A和B是线性模型的线性参数，并且S表示正号或负号。
在一些实施例中，导出编码单元的色度分量的中间预测块(820)，还包括：在裁剪操作之后对IPred的输出进行下采样；并且根据下式获得Cr色度分量的最终预测FPredCr：
FPredCr＝IPred′-S×w×RecCb
其中，IPred′表示在裁剪操作之后的IPred的经下采样的输出，RecCb是编码单元内的重建Cb色度分量，并且w是正权重参数。在一些实施例中，裁剪操作的预定范围为-2BitDepth +1至2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示色度分量的比特深度。
在一些实施例中，导出编码单元的色度分量的中间预测块(820)，还包括：从比特流接收帧内色度PMC模式形式标志，该标志通过为S分配负号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的正相关或者通过为S分配正号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的负相关；并且从比特流接收指示正权重参数w的值的帧内色度索引语义。在一些实施例中，帧内色度PMC模式形式标志是intra_chroma_pmc_mode_form。在一些实施例中，帧内色度索引语义是intra_chroma_pmc_mode_index。
在一些实施例中，从包括由2n表示的值的表中选择正权重参数w的值，其中n是整数。
在一些实施例中，从包括1/4、1/2、1、2和4的值中选择正权重参数w的值。
在一些实施例中，在序列、帧、条带、编码树单元和块等级中的一个或更多个中用信号传送帧内色度PMC模式形式标志和帧内色度索引语义。
另外的实施例还包括在各种其他实施例中组合或以其他方式重新布置的上述实施例的各种子集。
在一个或更多个示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，则功能可作为一个或更多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质的有形介质，或对应于包括促进将计算机程序从一处传送到另一处(例如，根据通信协议)的任何介质的通信介质。以此方式，计算机可读介质通常可对应于(1)非暂态的有形计算机可读存储介质、或(2)通信介质，诸如信号或载波。数据存储介质可以是可由一个或更多个计算机或一个或更多个处理器访问以取回用于实现本申请中描述的实现方式的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包括计算机可读介质。
在本文的实施方式的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制权利要求的范围。如在实施方式的描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，如本文使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列项目中的一个或更多个的任何和所有可能的组合。将进一步理解，术语“包括”和/或“包括…的”当在本说明书中使用时，指定存在所陈述的特征、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、元件、组件和/或其群组。
还将被理解，尽管本文可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离实施方式的范围的情况下，第一电极可被称为第二电极，并且类似地，第二电极可被称为第一电极。第一电极和第二电极都是电极，但它们不是相同的电极。
贯穿本说明书对单数或复数形式的“一个示例”、“示例”、“示例性示例”等的引用表示结合示例描述的一个或更多个特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个示例中。因此，贯穿本说明书在各个地方以单数或复数出现的短语“在一个示例中”或“在示例中”、“在示例性示例中”等不一定都指代相同的示例。此外，一个或更多个示例中的特定特征、结构或特性可以以任意合适的方式组合。
本申请的描述已经出于说明和描述的目的被呈现，并且不旨在穷举或限于所公开的形式的发明。受益于在前面的描述和相关联的附图中呈现的教导，许多修改、变化和替代实施方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理、实际应用，并且使本领域的其它技术人员能够理解本发明的各种实施方式，并且最好地利用基本原理和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施方式。因此，将理解，权利要求的范围不限于所公开的实施方式的具体示例，并且修改和其它实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种对视频数据进行解码的方法，包括：
从视频数据的比特流接收语义元素，其中所述语义元素指示帧内色度预测模式是用于编码单元的多跨分量预测PMC模式之一；
根据应用于所述编码单元的亮度分量的重建的线性模型来导出所述编码单元的色度分量的中间预测；
将裁剪操作应用于色度分量的所述中间预测的输出，以将所述中间预测的所述输出的值限制在预定范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据下式导出所述编码单元的所述色度分量的中间预测块：
IPred＝A·RecY+B
其中IPred表示具有与所述亮度分量相同维度的所述色度分量的所述中间预测，Recy表示所述亮度分量的重建，并且A和B是所述线性模型的线性参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定范围为0至2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定范围为0至2BitDepth-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定范围为0至215-1。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据下式导出所述编码单元的所述色度分量的所述中间预测块：
IPred＝S×(A·RecY+B)
其中IPred表示具有与所述亮度分量相同维度的所述色度分量的所述中间预测，RecY表示所述亮度分量的重建，A和B是所述线性模型的线性参数，并且S表示正号或负号。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述裁剪操作之后对IPred的输出进行下采样；
根据下式获得Cr色度分量的最终预测FPredCr：
FPredCr＝IPred′-S×w×RecCb
其中，IPred′表示在所述裁剪操作之后的IPred的经下采样的输出，RecCb是所述编码单元内的重建Cb色度分量，并且w是正权重参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述剪辑操作的所述预定范围为-2BitDepth+1到2BitDepth+1-1，其中BitDepth表示所述色度分量的比特深度。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
从所述比特流接收帧内色度PMC模式形式标志，其中所述帧内色度PMC模式形式标志通过为S分配负号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的正相关，或者通过为S分配正号来指示色度分量Cb和Cr的预测残差之间的负相关；以及
从比特流接收指示所述正权重参数w的值的帧内色度索引语义。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述正权重参数w的值是从包括由2n表示的值的表中选择的，其中n是整数。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述正权重参数w的值是从包括1/4、1/2、1、2和4的值中选择的。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述帧内色度PMC模式形式标志和所述帧内色度索引语义在序列级、帧级、条带级、编码树单元级和块级中的一个或更多个中用信号传送。
13.一种电子装置，包括：
一个或更多个处理单元；
存储器，耦接到所述一个或更多个处理单元；以及
多个程序，存储在所述存储器中，所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时，使所述电子装置执行根据权利要求1至12所述的方法。
14.一种非暂态计算机可读存储介质，存储用于由具有一个或更多个处理单元的电子装置执行的多个程序，其中所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时使所述电子装置执行根据权利要求1至12所述的方法。
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