TW201832554A - 用於上下文自適應二進制算術編解碼中的範圍推導的方法和裝置 - Google Patents

用於上下文自適應二進制算術編解碼中的範圍推導的方法和裝置 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種使用基於上下文的自適應二進制算術編碼器(CABAC)對編碼符號進行熵編碼的方法和設備。根據本發明，根據當前碼元的二進制值的當前概率和與算術編碼器的當前狀態相關的當前範圍，將CABAC編碼或解碼應用於當前編碼符號的二進制資料的當前碼元。取決於當前概率是否大於0.5，導出對應於反轉當前概率或當前概率的LPS概率索引。導出範圍索引以識別包含當前範圍的一個範圍區間。然後使用一個或多個數學運算導出LPS範圍，該數學運算包括計算與LPS概率索引相關的第一值和與範圍索引n相關的第二值的乘積。

Description

用於上下文自適應二進制算術編解碼中的範圍推導的方法和裝置 【相關申請的交叉引用】
本申請的申請專利範圍要求如下申請的優先權：2017年01月06日提出的申請號為62/443,012的美國臨時專利。該美國臨時專利申請通過引用整體併入本文。
本發明涉及用於圖像編解碼和視訊編解碼的熵編解碼技術。特別地，本發明涉及用於圖像編解碼和視訊編解碼的基於上下文的自適應二進制算術轉碼器(Context-Based Adaptive binary Arithmetic Coder，CABAC)的範圍推導。
算數編解碼被認為是有效的壓縮方法之一，並且被廣泛應用於包括JBIG、JPEG2000、H.264/AVC、高效視訊編碼(High-Efficiency Video Coding，HEVC)的編解碼標準中。在H.264/AVC和HEVC測試模型版本16.0(HM-16.0)中，採用基於上下文的自適應二進制算術編解碼作為視訊編解碼系統中的熵編解碼工具。
如第1圖中所示，CABAC由三個部分組成：二值 化單元110、上下文建模單元120以及二進制算法編解碼單元130。在二值化的步驟中，每一個語法元素被單獨地映射到二進制字串(一個或多個碼元(bin or bins))。在上下文建模步驟中，為每個碼元選擇概率模型。對應的概率模型可能取決於預先編碼的語法元素、碼元索引以及輔助資訊。在二值化和上下文模型分配之後，碼元值和與其相關的模型一起被發送給二進制算術編碼引擎。
二進制算數編解碼是遞歸的間隔細分過程(recursive interval-subdividing procedure)。輸出位元流是編解碼間隔的最終概率的指針。通過範圍(range)和編解碼間隔的下界(lower bound)(在下文的描述中被指定為“low”)來定義編解碼間隔的概率T。範圍是編解碼間隔的可能範圍(possible scope)。根據當前符號是否是最大概率符號(most probable symbol，MPS)或者最小概率符號(least probable symbol，LPS)，如等式(1)和等式(2)所示，下一個編解碼間隔相應地更新為兩個子間隔之一。
其中，rangeLPS是LPS編解碼時的估計範圍。
第2圖是二進算術編解碼的概念的示意圖。首先，概率範圍(例如，range0)是1且如概率標尺(probability scale)210所示的下界(例如，low0)是0。如果第一符號是MPS符號， 在概率標尺210的下半部分的指針可以用於發信通知MPS符號的事件。range1被作為用於處理下一個符號的概率標尺220。此外，概率標尺220被分為兩個部分，分別針對MPS和LPS。如果第二符號是LPS符號，rangeLPS1被選擇作為用於下一個符號的概率標尺230。每當新符號被編解碼時，對應的範圍變得更小。當範圍變得太小時，範圍可以被重整以形成具有更大範圍的概率標尺240。
在現代算數編解碼中，通常根據模型更新概率。例如，Marpe等人在技術出版物(“Context-Based Adaptive Binary Arithmetic Coding in the H.264/AVC Video Compression Standard”，IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，Vol.13，No.7，pp.620-636，July 2003)中，所描述的方法，其中使用了下文的公式：p new =(1-α)．y+α．p old (3)
在上面的等式中，如果當前符號是大概率符號(MPS)則y等於0；否則，y等於1。該公式提供了用於最小概率符號(LPS)的概率的估計值。權重α根據以下等式推導：α=(min_prob/0.5)(1/state_number) (4)其中，min_prob對應於CABAC的最小概率符號的最小概率，以及state_number對應於用於概率值估計的上下文的數量。
對於HEVC的CABAC，有64個概率狀態。min_prob是0.01875，以及state_number是63。每個狀態具有指示選擇LPS的概率的概率值。通過以下遞歸方程為LPS推導出64個代表性概率值(representative probability value)，p σ [0.01875,0.5]： P σ =α．P σ-1 for all σ=1，...，63，其中，α=(0.01875/0.5)1/63且p 0=0.5 (5)
狀態σ的rangeLPS的值由以下等式推導出：rangeLPSσ=RANGE×Pσ (6)
為了減少用於推導rangeLPS所需的計算，每一個範圍值的rangeLPS的結果可以被預先計算並且被存儲在查找表(lookup table，LUT)中。在H.264/AVC和HEVC中，如表1所示，採用4行預先計算rangeLPS表以縮小表尺寸。範圍被分為四個部分。在每個部分中，每一個概率狀態σ(pσ)的rangeLPS都被預先定義。換句話說，概率狀態σ的rangeLPS被量化為四個值。根據範圍所屬的部分選擇rangeLPS。
在表1中“>>”代表了右移操作。在JCTVC-F254(Alshin等人，Multi-parameter probability up-date for CABAC，Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-T SG16 WP3 and ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，6th Meeting：Torino，IT，14-22 July，2011，Document：JCTVC-F254)中，Alshin等人公開了用於HEVC標準的CABAC的多參數概率更新。參數N=1/(1-α)是對當前碼元具有重大影響的預先編碼的碼元(例如，“視窗尺寸”)的數量的估計測量。參數N的選擇決定了模型的靈敏度。一個靈敏的系統會對實際變化迅速做出反應。另一方面，較不靈敏的模型將不會對雜訊和隨機錯誤做出反應。這兩個屬性都是有用的但又是相互矛盾的。因此，Alshin等人公開了一種同時計算具有不同α i 的多個值的方法：p i_new =(1-α i )．y+α i ．p i_old (7)並且使用加權平均值作為下一個碼元概率的預測： p new =Σ(β i ．p i_new ) (8)其中，β i 是與α i 相關的權重因子。
代替在AVC標準的CABAC中採用用於更新狀態及相應的概率的狀態轉換查找表(m_aucNextStateMPS和m_aucNextStateLPS)，Alshin等人採用用於更新概率的無乘法公式的顯式計算。假設概率p i 由從0到2 k (即p i =P i /2 k )的整數P i 代表，以及α i 用1除以一個2的冪次的數(即α i =1/2 Mi )表示，用於概率更新的乘法公式可以被推導出如下：P i =(Y>>M i )+P-(P i >>M i ). (9)
該公式預測了下一個碼元將會為“1”的概率，其中如果最後一個編解碼碼元是“1”，則Y=2k。如果最後一個編解碼碼元是“0”，則Y=0。並且“>>Mi”對應於向右移Mi位的操作。
為了保持複雜度增加和性能改善之間的平衡，考慮用於概率估計的線性組合僅由兩個參數組成：P 0 =(Y>>4)+P 0 -(P 0 >>4)， (10) P 1 =(Y>>7)+P 1 -(P 0 >>7)，以及 (11) P=(P 0 +P 1 +1)>>1。 (12)
對應於AVC CABAC的概率的浮點值總是小於或等於1/2。如果概率超過此限制，則LPS變為MPS以保持上述間隔內的概率。當MPS/LPS的概率大於0.5時，它需要MPS/LPS轉換。Alshin等人提出將概率的允許水準(依據浮點值)提高到1以避免MPS/LPS切換。因此，推導出一個用於存儲RangeOne或RangeZero的查找表(LUT)。
在VCEG-AZ07(Chen，等人，“Further improvements to HMKTA-1.0”,ITU-T Video Coding Experts Group(VCEG)meeting,Warsaw,Poland,IT,19-26 June 2015,Document：VCEG-AZ07)中，Chen等人提出使用單個參數CABAC。概率推導與JCTVC-F254相同，其使用等式(9)推導出為一或零的概率。對於每個上下文，只使用一個更新速度，這意味著對於每個上下文，只使用一個N。但是，不同的上下文可以使用不同的N。N的範圍是從4到7，並且2位元變量用於指示特定上下文模型的概率更新速度。N值在編碼器側確定，並在位元流中發信通知。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，RangeOne或RangeZero的LUT是64行512列的表。LUT的輸入是當前範圍和當前概率。當前範圍的有效範圍是從256到510。當前範圍被分成64個部分，其中每個部分包含4個當前範圍值(例如256到259、260到263等)。範圍的部分索引可以通過以下方式推導出：rangeIdx=(range>>2)-64，或者 (13) rangeIdx=(range>>2)& 63 (14)
當前概率(P)的有效範圍是從0到2 k -1。在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，k是15。當前概率被分成512個部分(section)，其中每個部分包含當前概率的64個值(例如0至63、64至127等)。概率的部分索引可以通過下列等式推導出：probIdx=(P>>6) (152)
例如，RangeOne值可以通過查表來推導出 RangeOne=tableRangeOne[rangeIdx][probIdx] (16)
RangeOne表中的每個值由以下推導出EntryValue=Round(clip3(3,MinRange-3,MinRange*(probIdx+0.5)/M)), (17)其中MinRange是推導的rangeIdx的最低範圍值。clip3(X,Y,Z)將Z值限制在X到Y的範圍內。Round是將值四捨五入為整數。
例如，rangeIdx=0的範圍部分是256至259，MinRange是256。MinRange可以由下列等式推導出MinRange=256+(rangeIdx<<2) (18)
M是(probIdx+1)的最大值。例如，在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，M為512。clip3(X,Y,Z)用於將Z值限制在X到Y的範圍內。Round將該值四捨五入為整數。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，查找表的尺寸變得非常大。因此希望在不降低編解碼性能或不顯著增加計算複雜度的情況下克服該問題。
本發明公開了使用基於上下文的自適應二進制算術編解碼器對編碼符號進行熵編解碼的方法和裝置。根據本發明，根據當前碼元的二進制值的當前概率以及與上下文自適應算術編碼或解碼的當前狀態相關的當前範圍，將該上下文自適應算術編碼或解碼應用於當前編解碼符號的二進制資料的該當前碼元位，其中該當前概率是根據該當前編碼符號之前的一個或多個先前編碼的符號生成的；根據該當前碼元的該二進制值的該當前概率是否大於0.5來推導出對應於反轉當前概率或該當前概率的最小概率符號概率索引推導出用於識別包含 該當前範圍的一個範圍區間的範圍索引；使用一個或多個數學運算來導出最小概率符號範圍，包括計算與最小概率符號概率索引相關的第一值和與用於編碼或解碼該當前碼元的二進制值的該範圍索引有關的第二值的乘積。
在一個實施例中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於0.5，則最小概率符號概率被設置為等於(1-該當前概率)，否則，該最小概率符號概率被設置為等於該當前概率；並且基於指示包含該當前概率的一個概率區間的目標索引來確定最小概率符號概率索引。在另一實施例中，如果該當前碼元的該當前碼元值的該當前概率大於2k-1或者大於或等於2k-1，則將最小概率符號概率設置為等於(2k-該當前概率)，否則將該最小概率符號概率設置為等於該當前概率；並且最小概率符號概率索引被設置為等於(1+將該最小概率符號概率右移(k-n-1)個位元的結果)；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是正整數。在又一個實施例中，如果該當前碼元的該二進制值的當前概率大於2k-1或大於或等於2k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，將最小概率符號概率索引設置為等於(1+該將當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)。並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。在又一個實施例中，其中如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2k-1或大於或等於2k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將當前概率右移 (k-n-1)個位元的結果中的最大值；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。在又一個實施例中，該當前碼元的二進制值的該當前概率大於2k-1或大於或等於2k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果-1)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果的最大值；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。
該方法可以進一步包括從該當前範圍推導出分別具有值1和值0的該當前區間的rangeOne值和rangeZero值，其中如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於0.5或大於或等於0.5，該rangeOne值設置為(該當前範圍-該最小概率符號範圍)，該rangeZero值設置為該最小概率符號範圍；否則，將該rangeZero值設置為(該當前範圍-該最小概率符號範圍)，該rangeOne值設置為該最小概率符號範圍。LPS範圍可以通過將該最小概率符號概率索引和該範圍索引相乘或通過將(該最小概率符號概率索引+1)和該範圍索引相乘以獲得乘法結果，並將該乘法結果右移x個位元來推導出該最小概率符號範圍，其中x是一個正整數。可以通過將該最小概率符號概率索引和該範圍索引相乘或通過將(該最小概率符號概率索引+1)和範圍索引相乘以獲得乘法結果，並且將(該乘法結果+偏移量)右移x個位元來推導出該最小概率符號範圍，其中，x為正整數，該偏移量為正整數或與該範圍索引或該當前範圍對應的值。例如，x對應於(k-n-m-6)，並且其中該當前概率由k位元值表 示，並且n和m是正整數。
當前概率由k位元值表示，並且該最小概率符號概率索引是使用包括將該當前概率右移(k-n-1)個位元的操作推導出的，其中n是正整數。當前概率由k位元值表示，並且取決於該當前概率是否大於2k-1或者該當前概率是否大於或等於2k-1，使用將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果或使用將該當前概率右移(k-n-1)個位元的反轉結果推導出該最小概率符號概率索引，其中n是正整數。通過將該當前範圍右移(q-m)個位元來導出該範圍索引，其中q和m是正整數並且q大於m。
與該最小概率符號概率索引相關的該第一值對應於與該最小概率符號概率索引相關的概率區間的最小最小概率符號概率值、最大最小概率符號概率值或中間最小概率符號概率值。與該範圍索引相關的該第二值對應於與該範圍索引相關的範圍區間的最小範圍值、最大範圍值或中間範圍值。
在一個實施例中，最小概率符號範圍的結果被存儲在預定義的查找表中；並通過查表得出該最小概率符號範圍；並且該預定義查找表的列索引和行索引分別對應於該最小概率符號概率索引和該範圍索引。
110‧‧‧二值化單元
120‧‧‧上下文建模單元
130‧‧‧二進制算法編解碼單元
210、220、230、240‧‧‧概率標尺
S310-S340‧‧‧步驟
第1圖是基於上下文的自適應二進制算術編碼的基本結構的示意圖。
第2圖是二進制算術編碼的概念的示意圖，其中如概率標尺所指示的，最初概率範圍(即，range0)為1，並且下界(即， low0)為0。
第3圖根據本發明一個實施例的基於上下文的自適應二進制算術編碼流程示意圖。
以下描述是實施本發明的最佳預期模式。該描述是為了說明本發明的一般原理的目的而做出的，不應該被理解為限制性的。本發明的範圍最好通過參考所附申請專利範圍來確定。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，rangeOne表覆蓋了從0.0到1.0的概率。JCTVC-F254的LUT是HEVC的LUT的144倍，這在硬體成本方面太大而無法實現。此外，由於RangeOne或RangeZero的條目值(entry value)是從MinRange(即，等式17)推導出的，所以如果使用降低採樣的LUT，則編解碼效率將急劇下降。
因此，建議僅存儲從0.0到0.5的概率範圍。另一半表中的值可以通過使用“range-rangeLPS”推導出。換句話說，如果概率範圍處於另一半表中(即從0.5到1)，則LPS概率可以被反轉(inverted)，使得可以使用存儲的從0.0到0.5的概率範圍。反轉概率在本公開中是指(1-LPS概率)。rangeLPS表中的列數定義了概率的解析度。例如，我們可以設計一個概率範圍等於0.5到0.0的64列的rangeLPS表。每列代表1/64概率範圍的rangeLPS。rangeLPS的值由(範圍A)*(概率B)推導出。例如，表2顯示了具有4行和64列的rangeLPS表。第一列表示在四個不同範圍部分中從63/128至64/128概率範圍內的rangeLPS。 在表2中，範圍A是範圍Mid，概率B(ProbB)是概率最大(Prob Max)。rangeLPS的值由(範圍中間)*(概率最大)推導出。表3展示了另一個值的推導方法，其rangeLPS由具有32x8的表中的(範圍中間)*(概率最大)推導出。在JCTVC-F254和VCEG-AZ07中，對於表2，如果1的概率大於0.5(例如0.64)，則意味著零的概率為0.36(即0.36=1.0-0.64)。由於0.36屬於相應的範圍(即47/128>0.36>46/128)，所以概率0.36(即，第18列)將用於找出rangeZero的範圍。rangeOne可以由(範圍-rangeZero)推導出。如表4所示，還可以使用(範圍最小)*(概率最大)來推導出該表。
表4.
為了僅在小於0.5的概率範圍內推導出或存儲LPS狀態，本發明的實施例在LPS概率大於0.5或LPS概率大於或等於0.5的情況下使用反轉LPS概率。換言之，是否使用LPS 概率或反轉LPS概率(即(1-LPS概率))取決於LPS概率是否大於0.5或LPS概率是否大於或等於0.5。在一個用於推導RangeOne(或RangeZero)的實施例中，對於k位元概率(k-bit probability)(2k>P>0)，LPS概率可以根據probLPS=(P>=2k-1)？2k-1-P：P確定。運算式“x？y：z”表示如果x為TRUE或不等於0，則它評估為y的值；否則，它評估為z的值。probIdx被推導為probLPS>>(k-n-1)，其中rangeLPS表有2n列。rangeIdx被推導為(range>>(8-m))-(256>>m)或(range-256)>>(8-m))或(range>>(8-m))&(2m-1)，其中rangeLPS表有2m行。LPS範圍根據rangeLPS=rangeLPSTable[probIdx][rangeIdx]推導出。在一個實施例中，如果P大於或等於2k-1(即，P的第k位元是1)，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出，RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出；否則(即，P小於2k-1)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出並且RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。在另一個實施例中，如果P大於2k-1(即，P的第k元是1)，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出，和RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出；否則(即，P等於或小於2k-1)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出並且RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07的示例中，k是15，LPS概率根據probLPS=(P>=16384)？32767-P：P推導出，概率索引根據probIdx=probLPS>>8推導出，範圍索引根據rangeIdx=(range>>6)&3推導出。如果P等於或大於16384，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出以及 RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出。否則(即P小於16384)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出，而RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。
可以通過計算(範圍最小)*(概率最大)，(範圍最小)*(概率中間)，(範圍最小)*(概率最小)，(範圍中間)*(概率最大)，(範圍中間)*(概率中間)，(範圍中間)*(概率最小)，(範圍最大)*(概率中間)，(範圍最大)*(範圍中間)或(範圍最大)*(概率最小)來推導出range LPS值。rangeLPS表中的條目值可以使用乘數來推導出。
例如，如果range LPS表根據(範圍最小)*(概率最大)推導出，則可以通過使用公式推導出條目值。例如，對於k位元概率(2k>P>0)，根據probLPS=((P>=2k-1)？2k-1-P：P確定LPS概率。probIdx可以推導為probLPS>>(k-n-1)，其中rangeLPS表有2n列。rangeIdx推導為(範圍>>(8-m))，其中rangeLPS表具有2m行。根據rangeLPS=((probIdx+1)* rangeIdx)>>(k-n-m-6)推導出LPS範圍。在一些其他實施例中，rangeIdx被推導為(範圍>>(q-m))，其中rangeLPS表具有2m行，範圍的可用值的寬度是2q(例如，HEVC中的範圍的可用值的寬度約為28(≒510-256))，q和m是正整數且q大於m。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07的示例中，k是15，並且如果n是5並且m是3，則根據probLPS=(P>=16384)？32767-P：P,probIdx=probLPS>>9，rangeIdx=(範圍>>5)確定LPS概率。根據rangeLPS=((probIdx+1)* rangeIdx)>>1推導 出LPS範圍。如果P等於或大於16384，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出而RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出。否則(即P小於16384)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出，而RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。
在另一個實施例中，可以通過使用公式來推導出條目值。例如，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1推導出，其中rangeLPS表具有2n列。rangeIdx推導為(範圍>>(8-m))，其中rangeLPS表具有2m行。根據rangeLPS=(probIdx * rangeIdx)>>(k-n-m-6)推導出LPS範圍。
在JCTVC-F254和VCEG-AZ07的示例中，k是15，並且如果n是5且m是3，則概率索引根據probIdx=(P>=16384)？64-(P>>9)：(P>>9)+1推導出，範圍索引根據rangeIdx=(範圍>>5)推導出。LPS範圍根據rangeLPS=(probIdx * rangeIdx)>>1推導出。如果P等於或大於16384，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出以及RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出。否則(即P小於16384)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出，而RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。可以使用“5乘4”位元乘數來推導出(probIdx * rangeIdx)。
在另一個實施例中，如果rangeLPS表可以通過使用公式推導出。例如，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))： max(1,(P>>(k-n-1)))推導出或根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：max(1,(P>>(k-n-1)))推導出，其中rangeLPS表具有2n列。rangeIdx推導為(範圍>>(8-m))，其中rangeLPS表具有2m行。LPS範圍根據rangeLPS=(probIdx * rangeIdx)>>(k-n-m-6)推導出。
在另一個實施例中，當推導出rangeLPS時可以添加偏移量。例如，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引可以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出，其中rangeLPS表具有2n列。rangeIdx推導為(範圍>>(8-m))，其中rangeLPS表具有2m行。根據rangeLPS=(probIdx * rangeIdx)>>(k-n-m-6)+(rangeIdx>>(k-n-m-5))，或rangeLPS=(probIdx * rangeIdx)>>(k-n-m-6)+(rangeIdx>>(k-n-m-6))，或rangeLPS=(probIdx * rangeIdx+偏移量)>>(k-n-m-6)，或rangeLPS=(probIdx * rangeIdx+偏移量)>>(k-n-m-6)+偏移量，來推導出LPS範圍，其中k、n和m是非負整數。
在另一個實施例中，可以添加偏移量以推導出probIdx和/或rangeIdx。例如，newProbIdx可以等於a*probIdx+b，其中a可以是1、2或任何整數，b可以是0、1、2或任何整數。newRangeIdx可以等於c*rangeIdx+d，其中c可以是1、2或任何整數，d可以是0、1、2或任何整數。rangeLPS可以等於(newProbIdx * newRangeIdx+e)>>f+g，其中e、f和g是非負整數。
例如，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引可 以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1，或者probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出。rangeIdx被推導為(範圍>>(8-m))。LPS範圍根據rangeLPS=(probIdx *(2*rangeIdx+1))>>(k-n-m-5)推導出，其中k、n和m是非負整數。
在另一個示例中，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引可以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1，或者probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出。rangeIdx被推導為(範圍>>(8-m))。LPS範圍根據rangeLPS=((2*probIdx-1)*(2*rangeIdx+1))>>(k-n-m-4)推導出。
在另一個示例中，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引可以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1，或者probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出。rangeIdx被推導為(範圍>>(8-m))。LPS範圍根據rangeLPS=((2*probIdx+1)*(2*rangeIdx+1))>>(k-n-m-4)推導出。
在另一個示例中，對於k位元概率(2k>P>0)，概率索引可以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1，或者probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出。rangeIdx被推導為(範圍>>(8-m))。LPS範圍根據rangeLPS=((2*probIdx+1)* rangeIdx)>>(k-n-m-5)推導出。
在另一個示例中，對於k位元概率(2k>P>0)， 概率索引可以根據probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))：(P>>(k-n-1))+1，或者probIdx=(P>=2k-1)？2n+1-(P>>(k-n-1))-1：(P>>(k-n-1))推導出。rangeIdx被推導為(範圍>>(8-m))。LPS範圍根據rangeLPS=((probIdx+1)* rangeIdx)>>(k-n-m-6)推導出。
注意，由於2k-1在二進制表示中全部都是1，因此僅對P的k位元執行逐位反轉就可得到2k-1-P。在硬體實現中，我們可以對於P的第k位元和P的第1到第k位元執行按位異(bitwise exclusive)或(XOR)來推導出probLPS。
通常，rangeLPS可以通過包括乘以probIdx和rangeIdx的數學計算來推導出。當當前概率由k位元值表示時，取決於當前概率值是否大於或者等於或大於2k-1，可以通過將當前碼元的概率右移N個位元來推導出probIdx，其中N是正整數。rangeIdx是通過將當前範圍右移M個位元得出的，其中M是正整數。
在一些實施方法中，LPS範圍的結果被存儲在預定義的查找表中；並通過查表得出LPS範圍；其中查找表的列索引和行索引對應於LPS概率索引和範圍索引。
在另一種實施方法中，我們可以複製rangeLPS表以減少計算複雜度。表5顯示了表4的鏡像表。這些條目被鏡像在probIdx 31和32之間的邊界中。通過使用這種rangeLPS表，probIdx可以直接由probIdx=P>>(k-n)推導出，其中rangeLPS表有2n列。
例如，如果k是15、n是6、m是3則k=15、n=6、 m=3。概率索引根據probIdx=P>>9,rangeIdx=(range>>5)&7推導出。如果P等於或大於16384(即，P的第15位元是1)，則RangeOne根據RangeOne=範圍-rangeLPS推導出並且RangeZero根據RangeZero=rangeLPS推導出。否則(即P小於16384)，RangeOne根據RangeOne=rangeLPS推導出，而RangeZero根據RangeZero=範圍-rangeLPS推導出。
在表4和表5中，rangeLPS的條目值將不需要被限制為大於閾值。
第3圖是根據本發明一實施例的基於上下文的自適應二進制算術編解碼的流程示意圖。流程圖中所示的步驟以及本申請中的其他流程圖可以被實現為在編碼器側和/或解碼器側的一個或多個處理器(例如，一個或多個CPU)上可執行的程式碼。流程圖中所示的步驟還可以基於諸如用於執行流程圖中的步驟的一個或多個電子設備或處理器之類的硬體來實現。根據該實施例，在步驟310中，根據當前碼元的二進制值的當前概率和與算數編解碼器的當前狀態相關聯的當前範圍，將上下文自適應算術編碼或解碼應用於當前編解碼符號的二進制資料的當前碼元，其中當前概率根據當前編碼符號之前的一個或多個預先編碼符號生成。對於視訊編解碼系統，編解碼符號可對應於變換和量化的預測殘差、用於幀間預測區塊的運動信息和各種編碼參數，例如編碼模式。編碼符號被二值化以生成二進制字串。CABAC編碼可以應用於二進制字串。在步驟320中，根據當前碼元的二進制值的當前概率是否大於0.5(或者如果當前概率由k位元值表示，則為2k-1)來推導出對應於反轉當前概率或當前概率的LPS概率索引。已經在本申請中公開了推導出LPS概率索引的各種方式。例如，如果當前碼元的二進制值的當前概率大於0.5，則將LPS(最小概率符號)概率設置為等於(1-當前概率)，否則將LPS概率設置為等於當前概率；並且基於指示包含當前概率的一個概率間隔的目標索引來確定LPS概率索引。在步驟330中推導出用於識別包含當前範圍的一個範圍區間的範圍索引。在本申請中已經公開了推導出範圍索引的各種方式。例如，可以通過將當前概率右移(8-m) 個位元來推導出範圍索引，其中m是正整數。然後步驟340中，使用一個或多個數學運算推導出LPS範圍，該數學運算包括計算與LPS概率索引相關的第一值和與LPS範圍索引相關的第二值的乘積，以對當前碼元的二進制值進行編碼或解碼。
所示的流程圖旨在說明根據本發明的視訊編碼的示例。本領域技術人員可以對本發明的各個步驟進行修改、重新排列、拆分或組合，以不背離本發明的精神的條件下實現本發明。在本發明中，已經使用特定語法和語義來說明實現本發明的實施例的示例。本領域技術人員可以通過在不脫離本發明的精神的情況下用等同的語法和語義進行替換來實現本發明。
呈現以上描述是為了使本領域的普通技術人員能夠實施在特定應用及其要求的環境中提供的本發明。對所描述的實施例的各種修改對於本領域的技術人員而言將是顯而易見的，並且本文中定義的一般原理可以應用於其他實施例。因此，本發明並非旨在限於所示出和描述的特定實施例，而是應被賦予與本文公開的原理和新穎特徵一致的最寬範圍。在上面的詳細描述中，為了提供對本發明的透徹理解，圖示了各種具體細節。然而，本領域技術人員將會理解，可以在沒有這些細節的條件下實踐本發明。
以上描述的本發明的實施方式可在各種硬體、軟體編碼或兩者組合中進行實施。例如，本發明的實施方式可為集成入視訊壓縮晶片的一個或多個電路或集成入視訊壓縮軟體的程式碼，以執行上述過程。本發明的實施方式也可為在資 料信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)中執行上述程式的程式碼。本發明也可涉及電腦處理器、數位信號處理器、微處理器或現場可程式設計門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)執行的多種功能。這些處理器可以用於通過執行定義本發明具體方法的機器可讀軟體代碼或固件代碼來執行根據本發明的特定任務。軟體代碼或固件代碼可以用不同的程式設計語言和不同的格式或樣式開發。軟體代碼也可以針對不同的目標平臺進行編譯。然而，根據本發明的軟體代碼的不同代碼格式，樣式和語言以及配置代碼以執行任務的其他手段不會背離本發明的精神和範圍。
在不脫離本發明精神或本質特徵的情況下，可以其他特定形式實施本發明。描述示例被認為在所有方面僅是說明並且不是限制性的。因此，本發明的範圍由申請專利範圍指示，而非前面描述。所有在申請專利範圍等同的方法與範圍中的變化都屬於本發明的涵蓋範圍。

Claims (23)

  1. 一種編解碼符號的熵編解碼的方法，包括：根據當前碼元的二進制值的當前概率以及與上下文自適應算術編碼或解碼的當前狀態相關的當前範圍，將該上下文自適應算術編碼或解碼應用於當前編解碼符號的二進制資料的該當前碼元位，其中該當前概率是根據該當前編碼符號之前的一個或多個先前編碼的符號生成的；根據該當前碼元的該二進制值的該當前概率是否大於0.5來推導出對應於反轉當前概率或該當前概率的最小概率符號概率索引；推導出用於識別包含該當前範圍的一個範圍區間的範圍索引；以及使用一個或多個數學運算來導出最小概率符號範圍，包括計算與最小概率符號概率索引相關的第一值和與用於編碼或解碼該當前碼元的二進制值的該範圍索引有關的第二值的乘積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於0.5，則最小概率符號概率被設置為等於(1-該當前概率)，否則，該最小概率符號概率被設置為等於該當前概率；並且基於指示包含該當前概率的一個概率區間的目標索引來確定最小概率符號概率索引。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或者大於或等於2 k-1， 則將最小概率符號概率設置為等於(2 k-該當前概率)，否則將該最小概率符號概率設置為等於該當前概率；並且最小概率符號概率索引被設置為等於(1+將該最小概率符號概率右移(k-n-1)個位元的結果)；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，將該最小概率符號概率索引設置為等於(1+該將當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)。並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果中的最大值；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果-1)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將該當前概率右移(k-n-1)個 位元的結果的最大值；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n是一個正整數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，進一步包括：從該當前範圍推導出分別具有值1和值0的該當前碼元的rangeOne值和rangeZero值，其中如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於0.5或大於或等於0.5，該rangeOne值設置為(該當前範圍-該最小概率符號範圍)，該rangeZero值設置為該最小概率符號範圍；否則，將該rangeZero值設置為(該當前範圍-該最小概率符號範圍)，該rangeOne值設置為該最小概率符號範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，通過將該最小概率符號概率索引和該範圍索引相乘或通過將(該最小概率符號概率索引+1)和該範圍索引相乘以獲得乘法結果，並將該乘法結果右移x個位元來推導出該最小概率符號範圍，其中x是一個正整數。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，通過將該最小概率符號概率索引和該範圍索引相乘或通過將(該最小概率符號概率索引+1)和該範圍索引相乘以獲得乘法結果，並且將(該乘法結果+偏移量)右移x個位元來推導出該最小概率符號範圍，其中，x為正整數，該偏移量為正整數或與該範圍索引或該當前範圍對應的值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，x對應於(k-n-m-6)，並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該當前概率由k 位元值表示，並且該最小概率符號概率索引是使用包括將該當前概率右移(k-n-1)個位元的操作推導出的，其中n是正整數。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該當前概率由k位元值表示，並且取決於該當前概率是否大於2 k-1或者該當前概率是否大於或等於2 k-1，使用將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果或使用將該當前概率右移(k-n-1)個位元的反轉結果來推導出該最小概率符號概率索引，其中n是正整數。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，通過將該當前範圍右移(q-m)個位元來導出該範圍索引，其中q和m是正整數並且q大於m。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，與該最小概率符號概率索引相關的該第一值對應於與該最小概率符號概率索引相關的概率區間的最小最小概率符號概率值、最大最小概率符號概率值或中間最小概率符號概率值。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，與該範圍索引相關的該第二值對應於與該範圍索引相關的範圍區間的最小範圍值、最大範圍值或中間範圍值。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，最小概率符號範圍的結果被存儲在預定義的查找表中；並通過查表得出該最小概率符號範圍；並且該預定義查找表的列索引和行索引分別對應於該最小概率符號概率索引和該範圍索引。
  17. 一種用於圖像或視頻編碼器或解碼器的熵編解碼設備，包 括：二進制算術編解碼器，用於根據當前碼元的二進制值的當前概率以及與該當前碼元算數編解碼器的狀態相關的當前範圍，將該上下文自適應算術編碼或解碼應用於當前編解碼符號的二進制資料的該當前碼元，其中該當前概率是根據該當前編碼符號之前的一個或多個先前編碼的符號生成的；以及上下文模型單元，用於：根據該當前碼元的該二進制值的該當前概率是否大於0.5來推導出對應於反轉當前概率或該當前概率的最小概率符號概率索引；導出用於識別包含該當前範圍的一個範圍區間的範圍索引；以及使用一個或多個數學運算來導出最小概率符號範圍，包括計算與最小概率符號概率索引相關的第一值和與用於編碼或解碼該當前碼元的二進制值的該範圍索引有關的第二值的乘積。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之熵編解碼設備，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於0.5，則最小概率符號概率被設置為等於(1-該當前概率)，否則，該最小概率符號概率被設置為等於該當前概率；並且基於指示包含該當前概率的一個概率區間的目標索引來確定最小概率符號概率索引。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之熵編解碼設備，其中，如果該當前碼元的該二進制值的當前概率大於2 k-1或大於或等 於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 k-該當前概率)，否則，將最小概率符號概率索引設置為等於(1+將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)；其中該當前概率由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之熵編解碼設備，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，將該最小概率符號概率索引設置為等於(1+該將當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之熵編解碼設備，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果中的最大值；並且其中該當前概率由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之熵編解碼設備，其中，如果該當前碼元的該二進制值的該當前概率大於2 k-1或大於或等於2 k-1，則將最小概率符號概率索引設置為等於(2 n+1-將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果-1)，否則，該最小概率符號概率索引被設置為等於1和將該當前概率右移(k-n-1)個位元的結果的最大值；並且其中該當前概率 由k位元值表示，並且n和m是正整數。
  23. 一種存儲使裝置的處理電路執行視頻編解碼方法的程式碼指令的非暫時性計算機可讀介質，並且所述方法包括：根據當前碼元的二進制值的當前概率以及與上下文自適應算術編碼或解碼的當前狀態相關的當前範圍，將該上下文自適應算術編碼或解碼應用於當前編解碼符號的二進制資料的該當前碼元位，其中該當前概率是根據該當前編碼符號之前的一個或多個先前編碼的符號生成的；根據該當前碼元的該二進制值的該當前概率是否大於0.5來推導出對應於反轉當前概率或該當前概率的最小概率符號概率索引；推導出用於識別包含該當前範圍的一個範圍區間的範圍索引；以及使用一個或多個數學運算來導出最小概率符號範圍，包括計算與最小概率符號概率索引相關的第一值和與用於編碼或解碼該當前碼元的二進制值的該範圍索引有關的第二值的乘積。
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