CN114245989A - 编码器和编码帧序列的方法 - Google Patents

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Abstract

在编码帧序列(113)时，线性变换(101)，例如，小波变换(104)，逐帧应用于帧序列。这样获得的线性变换帧的至少一部分，基于线性变换帧的差分表示，以帧间模式进行编码。差分表示对应于一方面线性变换帧的一部分与另一方面至少一个其他线性变换帧的对应部分的表示之间的差异。然后将数据压缩(106，107)应用于线性变换帧的所述部分的差分表示。

Description

编码器和编码帧序列的方法
技术领域
本发明的一个方面涉及适合于对帧序列进行编码的编码器。例如，编码器可用于对视频流进行编码以实现高效传输或存储，或两者兼而有之。本发明的其他方面涉及对帧序列进行编码的方法、用于编码器、解码器的计算机程序，以及对编码的帧序列进行解码的方法。
背景技术
美国专利9332258提到，数字图像的压缩通常通过3个步骤实现：去相关变换、熵编码和速率分配。去相关变换减少了熵：变换后的图像可能具有较低的熵，因为出现的概率集中在系数值的一个小子集上。图像压缩中常用的去相关变换是颜色变换、帧间/帧内预测、DCT或小波变换。熵编码减少了变换后的图像数据量：更少量的数据可以表示变换后的图像。最后，速率分配选择将成为压缩图像输出流的一部分的数据，以实现所需的压缩比。
美国专利9332258描述了一种用于将输入数据流压缩为输出数据流的技术，该输出数据流具有可接受的压缩效率，同时最小化编码器和解码器的复杂性。将输入数据流中的m位字序列分组为n个m位字组，n大于或等于2。对于每个组，检测最大编码线索引(GCLI)的值。GCLI是组中字的位中权重最高的非零位的索引，不包括任何符号位。然后，输出数据流包括一组n个GCLI位字，对应于输入流中相关组中的n个m位字。每个字的GCLI位是输入流中相应字的权重最低的GCLI位，以及GCLI的值。
发明内容
需要一种改进的解决方案，允许对帧序列进行编码，使其更好地满足以下标准中的至少一个：高压缩率、良好的图像质量和适中的成本。
根据如权利要求1所定义的本发明的一个方面，提供了一种编码器，适于对帧序列进行编码，该编码器包括：
线性变换组件，适于逐帧对帧序列应用线性变换，以获得具有比待编码的帧序列中的帧的熵低的熵的线性变换帧序列，和
编码组件，适于对线性变换帧序列进行编码，以获得包含少于线性变换帧的数据量的编码帧序列，
其中所述编码组件适于以帧间模式编码所述线性变换帧的至少一部分，其中所述编码组件提供以帧间模式编码的线性变换帧的至少一部分的差分表示，所述差分表示对应于一方面所述线性变换帧的至少一部分与另一方面至少一个其他线性变换帧的对应至少一部分的表示之间的差异，并且其中所述编码组件将数据压缩应用于所述线性变换帧的至少一部分的差分表示，以便获得编码帧的至少一部分。
根据如权利要求12、13和14所定义的本发明的其他方面，分别提供了一种对帧序列进行编码的方法、一种用于编码器和解码器的计算机程序。
与传统编码方案的主要区别在于，在帧间模式中，处理线性变换帧的至少一部分的差分表示，而不是原始形式的帧或其一部分的差分表示。这允许在硬件或软件或两者方面具有较低复杂性的实现，这反过来又允许低成本和低功耗的实现。此外，应用帧间模式编码允许在不显著影响图像质量的情况下实现高压缩。
编码线性变换帧之间的差异而不是原始帧之间的差异这一事实原则上不会对图像质量产生不利影响。这是因为线性变换之后的减法运算等价于线性变换之前的减法运算。将线性变换的逆应用于通过线性变换之后的减法运算获得的差分表示，将产生通过线性变换之前的减法运算获得的差分表示。相反，将线性变换应用于在线性变换之前通过减法运算获得的差分表示，将产生通过在线性变换之后的减法运算获得的差分表示。
应当注意，在如上文所定义的编码器中，编码组件不需要执行任何进一步的变换，这可能是去相关的。因此，在这样的编码器中，线性变换帧不需要经历可能降低熵的进一步变换。相反，如上文所述应用于差分表示的数据压缩可以包括直接将熵编码应用于差分表示，以便用较少的数据表示差分表示。
为了说明的目的，参考附图详细描述了本发明的一些实施例。在本说明书中，将呈现附加特征，其中一些在从属权利要求中定义，并且优点将显而易见。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是视频编码器的框图。
图2是说明视频编码器定义的子带的频率图。
图3是视频编码器中产生的线性变换帧的示意图。
图4是视频编码器中的编码模式选择模块的框图。
图5是在编码模式选择模块中从一组四个样本中提取GCLI值的概念图。
图6是表示以帧内模式编码的部分和以帧间模式编码的其他部分的线性变换帧的示意图。
图7是视频编码器中的参考帧缓冲器组件的框图。
图8是视频解码器的框图。
具体实施方式
图1示意性地示出了视频编码器100。图1提供了视频编码器100的框图。视频编码器100例如可以包括在可以捕获视频或可以存储视频或两者的通信设备中，例如智能电话。视频编码器100可使通信设备能够经由可由网络提供的通信信道有效地将视频传送到另一通信设备。
视频编码器100包括线性变换组件101和编码组件102。线性变换组件101可以包括可逆颜色变换模块103和小波变换模块104。编码组件102可以包括编码模式选择模块105、量化模块106、熵编码模块107、数据打包模块108、速率分配模块109、去量化模块110、重构模块111和参考帧缓冲器组件112。
视频编码器100基本上如下操作。视频编码器100接收包括帧序列的视频流113。作为响应，视频编码器100输出编码视频流114，其可以具有比接收的视频流113低得多的数据率。
接收到的视频流113中的帧可视为像素矩阵，包括像素行和像素列。一个像素可以包括三个分量，它们组合起来传达与像素有关的亮度信息和颜色信息。这三个分量根据颜色坐标系表示，例如，被称为RGB的颜色坐标系。
可逆颜色变换模块103将像素的三个分量转换为另一个颜色坐标系的三个分量。这种可逆的颜色变换可以减少熵。因此，可逆颜色变换模块提供可逆颜色变换帧，其熵可能比其原始形式的帧少。这有助于图像压缩。
为了方便和简单起见，假设可逆颜色变换帧是像素矩阵，由此像素仅具有一个分量，例如仅亮度分量(Y)。也就是说，假设可逆颜色变换帧是仅表示单个分量的单个样本矩阵，而实际上，可逆颜色变换帧可以被视为一组三个样本矩阵，每个矩阵代表一个特定的分量。例如，可逆颜色变换帧实际上可以包括表示亮度(Y)分量的样本矩阵、表示第一颜色分量(Cr)的另一个样本矩阵以及表示第二颜色分量(Cb)的又一个样本矩阵。这些样本矩阵可以如下文所述独立处理。样本可以是表示相关分量的值的二进制字的形式。
小波变换模块104将小波变换应用于可逆颜色变换帧。小波变换涉及滤波和子采样操作。这些操作产生一组相应的子带帧，它们共同构成一个线性变换帧。子带帧表示可逆颜色变换帧在特定光谱带中的光谱内容，该光谱带称为子带。小波变换模块104执行的小波变换可以类似于现有的基于小波的图像编码方案中的小波变换，例如已知的图像编码方案JPEG-XS。
图2概念性地示出了小波变换模块104定义的各个子带201-207。各个子带201-207以二维频率图表示，其具有表示水平方向FH上的频率的水平轴和表示垂直方向FV上的频率的垂直轴。小波变换模块104因此为这些相应的子带201-207提供相应的子带帧。子带帧可以看作是子带系数矩阵。子带系数矩阵相对于可逆颜色变换帧的大小取决于小波变换模块104为获得相关子带帧而应用的子采样因子。
图3示意性地示出了共同构成线性变换帧的各个子带帧301-307。各个子带帧301-307以示意图表示。子带帧与图2中所示的特定子带相关联。图3通过与该特定子带相关联的附图标记指示子带帧与其相关联的特定子带。
线性变换帧包括四个相对较小的低频子带帧301-304和三个相对较大的高频子带帧305-307。对于三个高频子带帧305-307，子采样因子为2。对于四个低频子带帧301-304，子采样因子为4。在四个低频子带帧301-304中，存在最低子带帧301，其对应于可逆颜色变换帧的低通滤波和缩比版本。在这种情况下，缩比等同于二次抽样。
从图3可以理解，子带帧包括频谱和空间信息。该特性在图1所示的视频编码器100中被利用并且更详细地描述。即，子带帧的特定部分可以与可逆颜色变换帧以及待编码的帧中类似定位的部分相关联。
再次参考图1，编码组件102可以独立地编码各个子带帧301-307，除了其中组合压缩子带帧的速率分配和数据打包。也就是说，编码模式选择模块105、量化模块106、去量化模块110以及熵编码模块107可以独立地依次处理各个子带帧301-307。在替代实施例中，编码组件102可以根据并行处理方案进行操作。在这样的实施例中，编码组件102可以包括以下类型的多个模块：编码模式选择、量化、去量化和熵编码。即，对于线性变换帧中包括的每个子带帧，可以有一个这样的模块。下面为了简单和方便起见，描述单个子带帧的编码。其他子带帧以类似方式编码。
为了编码子带帧，参考帧缓冲器组件112包括与视频流113中先前已编码的另一帧相关的对应子带帧的表示。术语“对应”表示上述两个子带帧都与相同的子带相关联。为了方便和简洁，与之前已经编码的帧相关的对应子带帧的表示在下文中将被称为对应先前子带帧。更一般地，为了编码线性变换帧，参考帧缓冲器组件112可以包括先前已经编码的另一个线性变换帧的表示。上述两个线性变换的帧都包括相应的子带帧301-307，如图3所示。
编码组件102可以逐部分地对子带帧进行编码。待编码的子带帧的一部分可以包括在同一行上的一组32个样本。取决于子采样因子(在本实施例中可以是2或4)，子带帧的这一部分可以分别对应于待编码的帧中64×2个样本的块或128×4个样本的块。为了方便和简洁，下文将待编码的子带帧的一部分称为子带帧部分。
为了对子带帧部分进行编码，编码模式选择模块105从参考帧缓冲器组件112中检索对应先前子带帧中的对应部分。在本实施例中，对应部分在对应的先前子带帧中的位置与待编码的子带帧部分的位置相似。为了方便和简洁，下面将对应先前子带帧中的对应部分称为对应先前子带帧部分。
图4更详细地示意性地示出了编码模式选择模块105。图4提供了编码模式选择模块105的框图。编码模式选择模块105包括比较器401、两个最大编码行索引提取器402、403、数据缓冲器404、编码模式决定单元405和多路复用器406。为方便起见，两个最大编码行索引提取器之一在下文中将被称为帧间模式GCLI提取器402。另一个最大编码行索引提取器在下文中将被称为帧内模式GCLI提取器403。
编码模式选择模块105基本上如下操作。比较器401提供待编码的子带帧部分的差分表示。差分表示对应于待编码的子带帧部分和从帧缓冲器组件中检索的对应先前子带帧部分之间的差异。多路复用器406在一个输入端接收待编码的子带帧部分的差分表示，并且在另一输入端接收子带帧部分本身的差分表示。
编码模式选择模块105使编码组件102以帧内模式或帧间模式对子带帧部分进行编码。在帧内模式中，多路复用器406将存在于线性变换帧中的子带帧部分传递给图1所示的量化模块106。因此，在帧内模式中，对线性变换帧中存在的子带帧部分进行编码，这涉及由量化模块106和熵编码模块107进行的数据压缩。在帧间模式中，多路复用器406将子带帧部分的差分表示传递给量化器。因此，在帧间模式中，对子带帧部分的差分表示进行编码，这同样涉及由量化模块106和熵编码模块107进行的数据压缩。
与传统编码方案的主要区别在于，在帧间模式中，处理线性变换帧的至少一部分的差分表示，而不是原始形式的帧或其一部分的差分表示。因此，根据本公开的编码方案不需要对线性变换帧的至少一部分应用逆线性变换，而在传统编码方案中需要应用逆线性变换。因此，根据本公开的编码方案允许在硬件或软件或两者方面具有较低复杂度的实现，这进而允许低成本和低功耗的实现。
编码变换帧之间的差异而不是原始帧之间的差异这一事实原则上不会对图像质量产生不利影响。这是因为前面提到的可逆颜色变换和小波变换都是线性的。这意味着在这些变换之后的减法运算等价于在这些变换之前的减法运算。将这些变换的逆算法应用于通过在这些变换之后的减法运算获得的差分表示，将产生通过在这些变换之前的减法获得的差分表示。相反，将相关变换应用于通过这些变换之前的减法运算获得的差分表示，将产生通过这些变换之后的减法运算获得的差分表示。
编码模式选择模块105以如下方式决定以帧内模式或帧间模式对子带帧部分进行编码。帧间模式GCLI提取器402提供与包含在子带帧部分的差分表示中的八组四个样本有关的一组八个GCLI值。为了方便起见，这些GCLI值在下文中将被称为帧间模式GCLI值。帧内模式GCLI提取器403还提供一组八个GCLI值，该组八个GCLI值与包括在待编码的子带帧部分中的八组四个样本有关。为了方便起见，这些GCLI值在下文中将被称为帧内模式GCLI值。帧间模式GCLI提取器402和帧内模式GCLI提取器403可以各自以美国专利9332258中描述的方式操作。该操作包括GCLI提取，将在下面简要总结。
图5示意性地示出了从一组四个样本501-504中提取GCLI值。图5提供了该提取的概念图，其中表示了二进制字形式的四个样本501-504。在该示例中，二进制字各自包括定义一个值的分级的多个位。二进制字还可以各自包括符号位，为了简单起见，在图5中未表示。
在分级的多个位中，每个位都有一个特定的分级秩，用M、...5、4、3、2、1表示。M是与分级的多个位中包括的位数相对应的整数值。具有最高分级秩M的位通常称为最高有效位。具有最低分级秩1的位通常称为最低有效位。
在四个样本的组中，具有相同分级秩的位构成所谓的位平面。因此，四个样本的组包括与分级的多个位中的位一样多的位平面。每个位平面具有与包含在位平面中的位的分级秩相对应的分级秩。最高有效位构成最高有效位平面，即最高分级秩M，而最低有效位构成最低有效位平面，即最低分级秩1。
GCLI值的提取在于确定哪个位平面包括至少一个非零位，该非零位从最高有效位平面开始并朝向最低有效位平面。GCLI值表示该位平面的分级秩。GCLI值可以对应于例如表示分级秩的整数值，其中整数值1指示最低有效位平面并且整数值M指示最高有效位平面。在图5所示的示例中，从M到5的位平面各自仅包括零位。为了方便起见，这种仅包括零位的位平面在下文中将被称为零位平面。在图5所示的示例中，位平面4是包括至少一个非零位的最高等级的位平面。在此示例中，GCLI值可以因此为4。
缓冲器临时存储帧间模式GCLI提取器402基于待编码的子带帧部分的差分表示提供的八个GCLI值。缓冲器还临时存储帧内模式GCLI提取器基于待编码的子带帧部分提供的八个GCLI值。
编码模式决定单元405计算帧间模式GCLI提取器402已经提供的八个GCLI值的总和。该总和在下文中将被称为帧间模式GCLI总和值。编码模式决定单元405还计算帧内模式GCLI提取器403已经提供的八个GCLI值的总和。该总和在下文中将被称为帧内模式GCLI总和值。
帧内模式GCLI总和值指示当子带帧部分以帧内模式编码时可以实现的数据压缩因子。帧间模式GCLI总和值指示当子带帧部分以帧间模式编码时可以实现的数据压缩因子。事实上，上述GCLI总和值均表示数据压缩因子的估计。
在帧内模式GCLI总和值小于或等于帧间模式GCLI总和值的情况下，编码模式选择模块105以帧内模式对子带帧部分进行编码。为此，编码模式决定单元405控制多路复用器406，使得多路复用器406将待编码的子带帧部分传递到编码模式选择模块105的输出端。因此，在帧内模式下，子带帧部分进一步由量化模块106、熵编码模块107和数据打包模块108处理。
在帧间模式GCLI总和值小于帧内模式GCLI总和值的情况下，编码模式选择模块105可以在帧内模式或帧间模式下对子带帧部分进行编码。如果编码模式决定单元405确定预定数量K个对应先前子带帧部分都已在帧间模式下编码，则选择帧内模式，K表示整数值。在那种情况下，子带帧部分被强制以帧内模式编码，而否则它将被以帧间模式编码。通过这样做，编码模式决定单元405确保在K+1个对应子带帧部分的序列中的至少一个子带帧部分以帧内模式编码。因此，1除以K+1可以被视为表示对应子带帧部分以帧内模式编码的最小频率。
在帧间模式GCLI总和值小于帧内模式GCLI总和值并且小于K个对应先前子带帧已经以帧间模式编码的情况下，编码模式选择模块105以帧间模式编码子带帧部分。在这种情况下，编码模式决定单元405控制多路复用器406，使得多路复用器406将待编码的子带帧部分的差分表示传递到编码模式选择模块105的输出端。因此，在帧间模式下，差分表示由量化模块106、熵编码模块107和数据打包模块108进一步处理。
编码模式选择模块105因此评估由帧间模式GCLI总和值指示的数据压缩因子是否高于由帧内模式GCLI总和值指示的数据压缩因子。在上述条件适用的情况下，子带帧部分原则上以帧间模式编码。尽管如此，编码模式选择模块105可以决定以帧内模式强制编码子带帧部分，以确保应用帧内模式编码的预定义最小频率。在上述条件不适用的情况下，子带帧部分以帧内模式编码。
编码模式选择模块105因此为待编码的子带帧部分提供几种类型的输出数据。编码模式选择模块105提供待压缩的子带帧数据。子带帧数据是存在于线性变换帧中的子带帧部分，或者是子带帧部分的差分表示，这分别取决于选择的是帧内模式还是帧间模式。此外，编码模式选择模块105提供编码模式标志，其指示子带帧部分是否根据帧间模式以帧内模式编码。编码模式选择模块105进一步提供GCLI编码值，其是上文描述的帧内模式GCLI值或帧间模式GCLI值，这取决于子带帧部分分别是以帧内模式还是以帧间模式编码。
图6示意性地示出了与图3所示相同的线性变换帧，其中指示了以帧内模式编码的子带帧部分，以及以帧间模式编码的其他子带帧部分。以帧内模式编码的子带帧部分通过相对暗色调的矩形来表示。以帧间模式编码的子带帧部分由色调相对较浅的矩形表示。
图6清楚地说明了子带帧是独立编码的。例如，最低子带帧301中的第一子带帧部分可以以帧间模式编码，而另一个低频子带帧302、303、304中的第一子带帧部分可以以帧内模式编码。
如前所述，编码模式决定单元405确保在线性变换帧序列中，对应子带帧部分以帧内模式周期性地编码。这可以看作是一种刷新机制，可以在解码端快速获得较好的图像质量。可以说，视频解码器可以快速锁定图1所示的视频编码器100提供的编码视频流114。更重要的是，这还允许更强大的视频传输。在编码视频流114的一部分由于例如传输错误而丢失的情况下，可以相对快速地恢复帧的受影响区域。
在所有与同一子带相关的对应子带帧序列中，以帧内模式强制编码的子带帧的一部分相对于前一帧中的一部分的位置可能不同以帧内模式强制编码的子带帧。例如，参考图6，假设最低子带帧301中的第一子带帧部分已经以帧内模式强制编码。在这种情况下，在随后的最低子带帧中，位于第一子带帧部分之后的第二子带帧部分可以被强制以帧内模式编码。在更后续的最低子带帧中，位于第二子带帧部分之后的第三子带帧部分可以被强制以帧内模式编码，以此类推。这可以被视为一种移位或去相位方案，根据该方案，子带帧部分以帧内模式周期性地编码。这种方案有助于有效的速率分配，以及有助于视频解码器快速锁定编码视频流114。
以帧内模式强制编码子带帧部分的最小频率可以取决于这些子带帧部分所属的子带帧。参照图3和图6，低频子带帧301-304的最小频率可以高于高频子带帧305-307的最小频率。也就是说，代表最小频率的倒数的上述数字K+l，对于高频子带帧305-307可能比低频子带帧301-304高。这允许在解码端快速获得质量可接受的低分辨率视频表示，稍后再获得高分辨率视频表示，而不会显著影响压缩效率。例如，在一个实施例中，可以在4帧之后获得低分辨率表示，而可以在32帧之后获得高分辨率表示。
再次参考图1，量化模块106对编码模式选择模块105提供的子带帧数据进行量化。因此，量化模块106提供量化的子带帧数据。量化模块106在量化子带帧数据时应用量化因子。在量化因子相对较高的情况下，子带帧数据被粗量化以提供相对较高的数据压缩。相反，在量化因子相对低的情况下，子带帧数据被精细量化，提供相对低的数据压缩。量化因子可以由速率分配模块109控制，使得编码视频流114具有期望的数据速率，同时优化图像质量。
熵编码模块107将熵编码操作应用于量化的子带帧数据。熵编码操作可以包括例如在上文已经提到的美国专利9332258中描述的操作。在那种情况下，熵编码模块107从上文描述的编码模式选择模块105接收GCLI编码值。GCLI编码值表示量化子带帧数据中的零位平面。然后熵编码模块107可以移除这些零位平面。实际上，零位平面由GCLI编码值代替，该值指示这些位平面在子带帧数据中的位置。熵编码模块107还可以对GCLI编码值应用熵编码，从而用尽可能少的数据来表达这些值。美国专利9332258描述了一些可用于该效果的熵编码技术。
除了移除零位平面之外，熵编码模块107还可以截断量化子带帧数据中的样本。这种截断可以涉及移除一个或多个最低有效位平面。这在美国专利9332258中也有描述。速率分配模块109可以控制截断，决定是否应该移除一个或多个最低有效位平面，如果移除，移除多少。速率分配模块109可以控制截断以便在优化图像质量的同时实现编码视频流114具有期望的数据速率。
数据打包模块108将几种类型的数据打包到编码视频流114中。这包括熵编码模块107提供的熵编码子带帧数据。这可以进一步包括，例如，熵编码的GCLI值，以及量化模块106已经应用的编码模式标志和量化因子。
速率分配模块109可以基于编码模式选择模块105提供的GCLI编码值来控制量化模块106和熵编码模块107。GCLI编码值提供了一个数据压缩因子的估计，可以通过仅移除零位平面来实现。速率分配模块109可以将该数据压缩因子与表示编码视频流114的期望数据速率的期望数据压缩因子进行比较。例如，如果在前述数据压缩因子之间存在相对大的间隙，则速率分配模块109可以决定应该应用相对高的量化因子，或者应该应用相对严格的截断，或者两者兼而有之。
如前所述，参考帧缓冲器组件112可以包括已经编码的先前线性变换帧的表示。该表示构成对当前待编码的线性变换帧的子带帧部分的帧间模式编码的参考。先前线性变换帧的表示可以如下获得。
去量化模块110对量化模块106提供的量化子带帧数据应用去量化。因此，去量化模块110提供去量化的子带帧数据，其可以被认为是编码模式选择模块105已经产生的子带帧数据的较粗略的表示。在帧内模式编码的情况下，去量化子带帧数据是存在于线性变换帧中的子带帧部分的较粗略表示。在帧间模式编码的情况下，去量化的子带帧数据是子带帧部分的差分表示的较粗略表示。
重构模块111在帧间模式编码的情况下处理去量化的子带帧数据。重构模块111从参考帧缓冲器组件112中检索前面提到的对应先前子带帧部分。即，对应先前子带帧部分已被用于产生子带帧部分的差分表示，基于该差分表示已产生去量化的子带帧数据。重构模块111然后将对应先前子带帧部分添加到去量化的子带帧数据。因此，获得当前已经编码的子带帧部分的重构版本。重构模块111将子带帧部分的重构版本应用于参考帧缓冲器组件112。
在帧内模式编码的情况下，重建模块111将去量化的子带帧数据直接传递给参考帧缓冲器组件112。即，在这种情况下，去量化的子带帧数据构成子带帧部分的重构版本。
因此，在编码过程中，参考帧缓冲器组件112连续接收可共同形成重构子带帧的重构子带帧部分。更一般地，参考帧缓冲器组件112连续接收重构的子带帧，其共同形成线性变换帧的重构版本。理想情况下，线性变换帧的重构版本对应于视频解码器中的线性变换帧的解码版本，其实施例将在下文中呈现。也就是说，一般而言，用于编码数据的参考应该理想地对应于用于解码相同数据的参考。因此，如果用于解码数据的参考由先前解码的数据组成，则用于编码该数据的参考应该是先前编码数据的解码版本，而不是原始形式的数据。
图7示意性地示出了参考帧缓冲器组件112。
图7提供了参考帧缓冲器组件112的框图。参考帧缓冲器组件112包括基本熵编码器701、缓冲存储器702和基本熵解码器703。
参考帧缓冲器组件112基本上如下操作。基本熵编码器701将GCLI提取应用于子带帧部分的重构版本。该GCLI提取可类似于上文参考图5描述的提取。基本熵编码器701移除各个样本组中的零位平面。基本熵编码器701可进一步通过移除一个或多个最低有效位平面来截断样本。因此，获得了减少的样本，这些样本可能缺少一个或多个为零的最高有效位，并且可能缺少一个或多个已被截断的最低有效位。
基本熵编码器701产生子带帧部分的压缩重构版本，其包括减少的样本。压缩的重构版本可以进一步包括已经通过GCLI提取获得的GCLI值，如上文参考图4和图5所述。压缩的重构版本可以包括熵编码形式的GCLI值。
缓冲存储器702存储子带帧部分的压缩重构版本。因此，在编码过程中，缓冲存储器702依次存储压缩的重构子带帧部分，这些部分可以共同形成压缩的重构子带帧。更一般地，参考帧缓冲器组件112连续地存储压缩的重构子带帧，它们共同形成线性变换帧的压缩重构版本。
基本熵解码器703解压缩压缩的重构子带帧部分，这可能是对应后续子带帧部分的帧间模式编码所需要的。以这种方式，获得对应先前子带帧部分的前述表示。
图1中所示的视频编码器100因此应用帧缓冲压缩。因此，相对少量的存储器足以存储子带帧，以及更一般地，存储在帧间模式中编码所需的线性变换帧。此外，帧缓冲压缩放宽了与向缓冲存储器702和从缓冲存储器702传输数据有关的带宽要求，这涉及重构的子带帧部分。在缓冲存储器702采用外部存储器电路的形式，而视频编码器100的其他实体并入信号处理电路的实施例中，这可能是显著优势。在这样的实施例中，以及在其他实施例中，放宽的带宽要求通常有助于实现相对低的功耗。
但是，帧缓冲压缩可能会在一定程度上影响图像质量。这是因为可用于帧间模式编码的对应先前子带帧部分的表示是对应先前子带帧部分本身的较粗略的版本。尽管如此，在许多实施例中，可以配置帧缓冲压缩，使得图像质量的损失在视觉上几乎不明显，或者甚至在视觉上根本不明显。也就是说，帧缓冲压缩可以是视觉无损的。此外，原则上，帧缓冲压缩不会影响解码开始和达到令人满意的图像质量之间的延迟。
图8示意性地图示了由框图表示的视频解码器。视频解码器可以接收和解码由上文参考图1-7描述的视频编码器100产生的编码视频流114。视频解码器包括解包模块801、熵解码和去量化模块802、解码重构模块803、解码缓冲存储器804、逆小波和颜色变换模块805。
视频解码器的基本操作如下。解包模块801执行与上述打包模块执行的操作相反的操作。因此，解包模块801从编码视频流114中检索各种类型的数据，例如熵编码的子带帧数据；熵编码的GCLI值，以及编码模式标志。
熵解码和去量化模块802执行与上述熵编码模块107执行的操作相反的操作。例如，熵解码和去量化模块802可以从熵编码的GCLI值中检索GCLI编码值。熵解码和去量化模块802然后可以基于这些GCLI编码值来恢复移除的零位平面。熵解码和去量化模块802可以进一步添加虚位以替换由于截断而被移除的最低有效位。因此，重新创建量化的子带帧数据，然后对其进行去量化操作。去量化操作基于已打包到编码视频流114中的量化因子。因此，熵解码和去量化模块106提供解码的子带帧数据。
解码重构模块803基于编码模式标志处理解码的子带帧数据。在编码模式标志指示帧内模式编码的情况下，解码的子带帧数据是子带帧部分的解码版本，其可以直接用于重构线性变换帧，而无需进一步处理。在这种情况下，解码重建模块803将子带帧部分的解码版本应用于解码缓冲存储器804以进行临时存储。此外，子带帧部分的解码版本被应用于逆小波和颜色变换模块805。
在编码模式标志指示帧间模式编码的情况下，解码的子带帧数据是子带帧部分的差分表示的解码版本。在这种情况下，解码重构模块803从解码缓冲存储器804中检索对应先前解码的子带帧部分。解码重构模块803然后将对应先前解码子带帧部分添加到子带帧部分的差分表示的解码版本。因此，获得子带帧部分的解码版本，然后将其应用于解码缓冲存储器804和逆小波和颜色变换模块805。
因此，与传统的视频解码器相比，解码缓冲存储器804临时存储作为线性变换帧的一部分的子带帧，而不是在空间域中的完全解码的帧。也就是说，在图8所示的视频解码器800中，线性变换的帧用作帧间模式解码的参考，而不是完全解码的帧。
逆小波和颜色变换模块805将小波变换的逆和可逆颜色变换的逆应用于子带帧部分的解码版本。即，对子带帧部分的解码版本应用逆线性变换。通过将逆线性变换应用于子带帧部分的连续解码版本，逆线性变换应用于构成线性变换帧的解码版本的子带帧的解码版本。然后获得由图1所示的视频编码器100编码的帧的解码版本。
注意
以上结合附图描述的实施例是通过说明的方式呈现的。本发明可以以多种不同的方式实施。为了说明这一点，简要指出了一些替代方案。
本发明可以应用于与视频压缩或视频解压缩或两者有关的多种类型的产品或方法。例如，本发明可以应用在能够执行除视频压缩之外的至少一个其他功能的多功能集成电路中。
有许多不同的方式来实现根据本发明的视频编码器和视频解码器。所呈现的实施例中的任何模块可以通过可以是专用的或可编程的电路，或通过适当编程的处理器，或它们的组合来实现。计算机程序可以定义由视频编码器执行的一个或多个操作，这已经参考图1-7进行了描述。类似地，计算机程序可以定义由视频解码器执行的一个或多个操作，这已经参考图8进行了描述。在这方面，图1、4、7和8的框图还可以至少部分地被视为表示这样的计算机程序的流程图，以及表示处理器在执行计算机程序时可以执行的方法。例如，图1所示的可逆颜色变换模块可以被视为表示颜色变换步骤。类似地，其他模块可以被视为代表方法的步骤。
在根据本发明的产品或方法中，有许多不同的方式来实现线性变换。在所呈现的实施例中，线性变换包括可逆颜色变换。在其他实施例中，可以省略这种变换。在所呈现的实施例中，线性变换包括小波变换。在其他实施例中，线性变换可以是例如基于离散余弦的变换。
在根据本发明的产品或方法中，有许多不同的方式来实现压缩数据的编码。在所呈现的实施例中，这种编码涉及GCLI提取、零位平面移除和截断。在其他实施例中，可以使用其他熵编码方案。
在根据本发明的产品或方法中，有许多不同的方式来实现参考帧缓冲器组件。在所呈现的实施例中，参考帧缓冲器组件应用帧缓冲压缩。在其他实施例中，可以省去帧缓冲压缩，使得参考帧缓冲器组件不需要包括数据压缩编码器和数据压缩解码器。
为了模式间编码的目的，有许多不同的方式来提供另一个线性变换帧的对应部分的表示。在所呈现的实施例中，对应部分是在先前线性变换帧中具有相同位置的部分。也就是说，不使用运动估计或运动补偿。在其他实施例中，运动估计可用于识别对应部分。此外，用于模式间编码的对应部分不必基于单个先前线性变换帧。例如，对应部分可以基于两个或更多个先前线性变换帧中的部分的组合。
通常，有许多不同的方式来实现本发明，由此不同的实现方式可能具有不同的拓扑结构。在任何给定的拓扑结构中，单个实体可以执行多个功能，或者多个实体可以联合执行单个功能。在这方面，附图是非常概略的。
上述说明表明，参照附图所描述的实施例说明了本发明，而不是限制本发明。本发明可以以在所附权利要求范围内的多种替代方式来实施。在权利要求等效的含义和范围内的所有变化都应包含在其范围内。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。权利要求中的动词“包括”不排除权利要求中列出的其他元素或其他步骤的存在。这同样适用于类似的动词，例如“包含”和“含有”。在与产品有关的权利要求中以单数形式提及元件并不排除该产品可以包括多个这样的元件。同样，在与方法有关的权利要求中以单数形式提及步骤并不排除该方法可以包括多个这样的步骤。各个从属权利要求定义了各个附加特征这一事实，并不排除除了权利要求中反映的那些之外的附加特征的组合。

Claims (15)

1.一种编码器(100)，适用于对帧序列进行编码，所述编码器包括：
线性变换组件(101)，适于逐帧对帧序列应用线性变换，以获得具有比待编码的帧序列中的帧的熵低的熵的线性变换帧序列，和
编码组件(102)，适于对线性变换帧序列进行编码，以获得包含少于线性变换帧的数据量的编码帧序列，
其中所述编码组件适于以帧间模式编码所述线性变换帧的至少一部分，其中所述编码组件提供以帧间模式编码的线性变换帧的至少一部分的差分表示，所述差分表示对应于一方面所述线性变换帧的至少一部分与另一方面至少一个其他线性变换帧的对应至少一部分的表示之间的差异，并且其中所述编码组件将数据压缩应用于所述线性变换帧的至少一部分的差分表示，以便获得编码帧的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于通过将所述数据压缩的逆运算应用于至少一个编码帧的对应至少一部分来获得所述至少一个其他线性变换帧的对应至少一部分的表示，所述至少一个编码帧的对应至少一部分是通过对所述至少一个其它线性变换帧的对应至少一部分进行编码而获得的。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于以帧内模式对线性变换帧的一部分进行编码，其中数据压缩直接应用于所述线性变换帧的所述部分，而所述线性变换帧的另一部分以帧间模式编码。
4.根据权利要求3所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于评估所述线性变换帧的一部分是否适用以下条件：当所述线性变换帧的所述部分以帧间模式编码时，获得所述线性变换帧的所述部分的编码版本，其包括比通过以帧内模式对所述线性变换帧的所述部分进行编码而获得的编码版本更少的数据量，并且其中，如果条件适用，则所述编码组件适于以帧间模式对所述线性变换帧的所述部分进行编码，如果条件不适用，则适于以帧内模式对所述线性变换帧的所述部分进行编码。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于以帧内模式周期性地编码各个线性变换帧部分。
6.根据权利要求5所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于以帧内模式，以最小频率，周期性地编码具有相似位置的各个线性变换帧部分，并且以帧内模式，以相同的最小频率，周期性地编码具有另一相似位置，但是相对于第一提及的各个线性变换帧部分的帧内模式编码去相位的各个线性变换帧部分。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于以帧内模式，以最小频率，周期性地编码属于一组线性变换帧部分的各个线性变换帧部分，以及以帧内模式，以不同的最小频率，周期性地编码属于另一组线性变换帧部分的各个线性变换帧部分。
8.根据权利要求7所述的编码器，其中所述线性变换组件(101)适于定义各自的子带，其中所述一组线性变换帧部分和所述另一组线性变换帧部分与不同的子带相关联。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)应用的数据压缩包括最大编码行索引编码操作。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)应用的数据压缩包括量化操作。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的编码器，其中所述编码组件(102)适于对编码帧进行解码以获得解码线性变换帧，其中所述编码组件适于将数据存储压缩应用于所述解码线性变换帧，以获得所述解码线性变换帧的压缩版本，其中所述编码组件适于将所述解码线性变换帧的压缩版本存储在帧缓冲存储器(702)中，并且其中所述编码组件适于将数据存储压缩的逆运算应用于所述解码线性变换帧的压缩版本，以获得所述解码线性变换帧的解压缩版本，从所述解压缩版本获得线性变换帧的至少一部分的表示，所述表示用于提供待以帧间模式编码的线性变换帧的至少对应版本的差分表示。
12.根据权利要求11所述的编码器，其中所述编码组件(102)应用于所述解码线性变换帧的数据存储压缩包括最大编码行索引编码操作。
13.一种编码帧序列的方法，所述方法包括：
线性变换步骤，其中逐帧对帧序列应用线性变换，以获得具有比待编码的帧序列中的帧的熵低的熵的线性变换帧序列，和
编码步骤，其中对所述线性变换帧序列进行编码，以获得包含少于线性变换帧的数据量的编码帧序列，
其中，在所述编码步骤中，所述线性变换帧的至少一部分以帧间模式编码，其中提供以帧间模式编码的所述线性变换帧的至少一部分的差分表示，所述差分表示对应于一方面所述线性变换帧的至少一部分与另一方面至少一个其他线性变换帧的对应至少一部分的表示之间的差异，并且其中将数据压缩应用于所述线性变换帧的至少一部分的差分表示，以便获得编码帧的至少一部分。
14.一种用于编码器(100)的计算机程序，所述计算机程序包括一组指令，使编码器能够执行根据权利要求13所述的方法。
15.一种解码器(800)，适于对根据权利要求1至12中任一项所述的编码器提供的编码帧序列进行解码。
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