CN117579846A - 一种lcevc的熵编码方法及装置 - Google Patents

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王友全
宋小民
吴万馨
李怡
李新宇
吴承志
李子清
郑慧明
赵周丽
王玄泽
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    • H04N19/91—Entropy coding, e.g. variable length coding [VLC] or arithmetic coding
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Abstract

本发明公开了一种lcevc的熵编码方法及装置，属于视频处理和传输技术领域。一种lcevc的熵编码方法，包括：将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵；对所述非零字符串进行等概率算术编码；对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串；对所述二进制字符串进行等概率算术编码。本发明在不增加过多编码复杂度的情况下大幅提升了压缩率。

Description

一种lcevc的熵编码方法及装置
技术领域
本发明属于视频处理和传输技术领域，特别是涉及一种lcevc的熵编码方法及装置。
背景技术
在超高清无人机领域，lcevc层的数据量依然很大，特别是对质量要求高的场景。现有的RLE+哈夫曼编码中，由于非零AC系数的解码与编码都依赖于游程编码中的runcode，所以当量化程度较低时，残差矩阵中出现了较多的0的时候编码效率就会下降。同时，由于游程编码与非零系数的哈夫曼编码是融合在一起的，无法并行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种lcevc的熵编码方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的第一方面公开了一种lcevc的熵编码方法，包括：
将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵；
对所述非零字符串进行等概率算术编码；
对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串；
对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
进一步地，将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵，包括：
将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；
将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；
构造一个m×n的单位矩阵；
在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；
根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。
进一步地，对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串，包括：
对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；
对非零位置矩阵中连续零元素的个数进行哈夫曼编码，得到待编码数；
构造哈夫曼树，将待编码数转换为二进制，得到二进制字符串。
本发明的第二方面公开了一种lcevc的熵编码装置，包括：
元素分离模块，用于将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵；
哈夫曼编码模块，用于对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串；
等概率编码模块，用于对所述非零字符串进行等概率算术编码，以及对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
进一步地，所述元素分离模块具体用于：
将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；
将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；
构造一个m×n的单位矩阵；
在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；
根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。
进一步地，所述哈夫曼编码模块具体用于：
对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；
对非零位置矩阵中连续零元素的个数进行哈夫曼编码，得到待编码数；
构造哈夫曼树，将待编码数转换为二进制，得到二进制字符串。
本发明的有益效果是：
(1)本发明引入了等概率的算术编码，在不增加过多编码复杂度的情况下大幅提升了压缩率；
(2)本发明将针对零元素的编码与针对非零元素的编码进行了分离，用哈夫曼编码生成一串二进制串来记录残差中的零元素位置，用等概率算术编码来编码非零元素和哈夫曼编码后的零元素位置二值化串，哈夫曼编码和非零元素的算术编码所编码的内容完全解耦，可以实现并行，降低了编码时间，更加适用于FPGA、ASIC等硬件上的运行。
附图说明
图1为本发明中熵编码方法的一种流程图；
图2为本发明中非零位置矩阵的一种示意图；
图3为本发明中哈夫曼树的一种示意图；
图4为本发明中熵编码装置的一种组成框图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图4，本发明提供一种lcevc的熵编码方法及装置：
本实施例的第一方面公开了一种lcevc的熵编码方法，如图1所示，所述熵编码方法包括S100至S400。
S100.将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵。
在一些实施例中，将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵，包括：将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；构造一个m×n的单位矩阵；在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。这里的非零位置矩阵相当于将矩阵A(m×n,1)中的非零元设置为1得到的矩阵。
S200.对所述非零字符串进行等概率算术编码。
S300.对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串。
在一些实施例中，对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串，包括：对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；根据非零位置矩阵中连续零元素的个数生成待编码数；构造哈夫曼树，将待编码数进行哈夫曼编码，得到二进制字符串。
例如，如图2所示，对于一个7×10的非零位置矩阵，将该非零位置矩阵中的零元素使用游程编码，表示为：
(11，1)(3，1)(10，1)，(16，1)，(2，1)EOF
根据非零位置矩阵中连续零元素的个数生成待编码数，待编码数为：
(11，3，10，16，2)
如图3和表1所示，构造哈夫曼树来对待编码的内容进行编码，从而将待编码数(11，3，10，16，2)转换为二进制字符串(111111110 101 11111110 11111111111110 011100)。
表1
传统的编码中残差矩阵的所有元素一起编码，此时码流较长。本实施例中非零元素与非零位置矩阵分开进行编码，在残差矩阵中有很多零元素的时候，可以大幅缩短码流的长度，提高了编码效率等。
S400.对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
本实施例中，若将自研高速算法记为向量α，去掉矩阵F(m×n,1)中的全零行向量得到矩阵M(a,m×n)，则M*A＝α。因此，可以通过M*x＝α，求解x来得到原始的矩阵A，其中，所有列向量Mj为0向量，设置xj＝0。即，本实施例中只需要存储矩阵F的对角线元素值与所有非零元素就可以构造出M*A＝α，进而可以求出原始的矩阵A。
本实施例的第二方面公开了一种lcevc的熵编码装置，如图4所示，所述熵编码装置包括元素分离模块、哈夫曼编码模块和等概率编码模块。
元素分离模块，用于将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵。
在一些实施例中，所述元素分离模块具体用于：将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；构造一个m×n的单位矩阵；在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。
哈夫曼编码模块，用于对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串。
在一些实施例中，所述哈夫曼编码模块具体用于：对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；对非零位置矩阵中连续零元素的个数进行哈夫曼编码，得到待编码数；构造哈夫曼树，将待编码数转换为二进制，得到二进制字符串。
等概率编码模块，用于对所述非零字符串进行等概率算术编码，以及对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
需要说明的是，本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统或者装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再重复描述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种lcevc的熵编码方法，其特征在于，包括：
将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵；
对所述非零字符串进行等概率算术编码；
对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串；
对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
2.根据权利要求1所述的一种lcevc的熵编码方法，其特征在于，将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵，包括：
将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；
将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；
构造一个m×n的单位矩阵；
在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；
根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种lcevc的熵编码方法，其特征在于，对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串，包括：
对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；
对非零位置矩阵中连续零元素的个数进行哈夫曼编码，得到待编码数；
构造哈夫曼树，将待编码数转换为二进制，得到二进制字符串。
4.一种lcevc的熵编码装置，其特征在于，包括：
元素分离模块，用于将待编码的残差矩阵分离为非零字符串和非零位置矩阵；
哈夫曼编码模块，用于对所述非零位置矩阵进行游程编码和哈夫曼编码，得到二进制字符串；
等概率编码模块，用于对所述非零字符串进行等概率算术编码，以及对所述二进制字符串进行等概率算术编码。
5.根据权利要求4所述的一种lcevc的熵编码装置，其特征在于，所述元素分离模块具体用于：
将残差矩阵(m,n)展开为矩阵A(m×n,1)；
将矩阵A(m×n,1)中的非零元素组成第一字符串；
构造一个m×n的单位矩阵；
在矩阵A(m×n,1)的元素ai为0时，将单位矩阵中的元素设置为0，得到矩阵F(m×n,1)；
根据矩阵F(m×n,1)的对角线元素生成非零位置矩阵。
6.根据权利要求4所述的一种lcevc的熵编码装置，其特征在于，所述哈夫曼编码模块具体用于：
对非零位置矩阵中的零元素使用游程编码；
对非零位置矩阵中连续零元素的个数进行哈夫曼编码，得到待编码数；
构造哈夫曼树，将待编码数转换为二进制，得到二进制字符串。
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