編碼和解碼圖像的方法、編碼和解碼設(shè)備、計算機程序的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01280021355. 8,申請日為2012年2月23日，題為"編碼和解 碼圖像的方法、編碼和解碼設(shè)備、計算機程序"的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般屬于圖像處理的領(lǐng)域，更準確地屬于數(shù)字圖像以及數(shù)字圖像序列的編 碼和解碼。
[0003] 本發(fā)明由此尤其可被用于在目前的視頻編碼器（MPEG、H. 264等）或未來的視頻編 碼器（ITU-T/VCEG(H. 265)或IS0/MPEG(HVC))中實現(xiàn)的視頻編碼。
【背景技術(shù)】
[0004] 目前的視頻編碼器（MPEG、H264等）使用視頻序列的按塊（block-wise)表示。圖 像被切分為宏塊，每個宏塊自身被切分為塊，并且每個塊或宏塊通過圖像內(nèi)或圖像間預測 來編碼。于是，特定的圖像通過空間預測（幀內(nèi)預測）來編碼，而其他圖像在本領(lǐng)域技術(shù)人 員已知的運動補償?shù)妮o助下關(guān)于一個或多個編碼-解碼參考圖像通過時間預測（幀間預 測）來編碼。此外，對于每個塊，可以對殘留塊進行編碼，該殘留塊與原始塊減去預測相對 應。在可選的變換之后，該塊的系數(shù)可被量化，然后被熵編碼器編碼。
[0005] 幀內(nèi)預測和幀間預測需要之前已編碼和解碼的特定塊可用，從而在解碼器或編碼 器中被用于預測當前塊。圖1A表示這樣的預測編碼的示意性示例，其中，圖像IN被分為塊， 該圖像的當前塊MBi經(jīng)受與例如由陰影箭頭表示的之前編碼和解碼的預定數(shù)量的三個塊 MBr:、MBr2、MBrjg關(guān)的預測編碼。上述三個塊特別包括緊鄰地位于當前塊MBi的左邊的塊 MBri、以及分別緊鄰地位于當前塊MBi的上方和右上方的兩個塊MBr2和MBr3。
[0006] 這里更為特別關(guān)心的是熵編碼器。熵編碼器按照到達的順序來對信息編碼。典型 地實現(xiàn)"光柵掃描"類型的塊的逐行遍歷，如圖1A由參考（標號）PRS所示，從圖像的左上 角的塊開始。對于每個塊，表示該塊所需的各個信息項（塊類型、預測模式、殘留系數(shù)等） 被順序分發(fā)給熵編碼器。
[0007] 已知一種足夠復雜的有效算術(shù)編碼器，被稱為"CABAC"（ "上下文適應二進制算術(shù) 編碼器"），其被引入到AVC壓縮標準（也被稱為IS0-MPEG4第10部分和ITU-TH. 264)。
[0008] 熵編碼器實現(xiàn)各種構(gòu)思：
[0009] -算術(shù)編碼：例如最初在文檔J.RissanenandG.G.LangdonJr,"Universal modelingandcoding,'，IEEETrans.Inform.Theory,vol.IT-27,pp. 12 - 23,Jan. 1981 ^ 描述的編碼器使用該符號的出現(xiàn)概率來對符號進行編碼；
[0010] -上下文適應：這包括適應要編碼的符號的出現(xiàn)概率。一方面，實現(xiàn)快速獲悉。另 一方面，根據(jù)之前編碼的信息的狀態(tài)，特定的上下文被用于編碼。每個上下文存在相對應的 固有的符號出現(xiàn)概率。例如，上下文根據(jù)給定的配置對應于編碼符號的類型（殘留的系數(shù)、 編碼模式的信令等的表示），或者對應于鄰居的狀態(tài)（例如從鄰居選擇的"幀內(nèi)"模式的數(shù) 量等）；
[0011] -二進制化：要編碼的符號被轉(zhuǎn)換為比特串的形式。隨后，該各個比特被相繼分發(fā) 給二進制熵編碼器。
[0012] 于是，該熵編碼器針對使用的每個上下文來實現(xiàn)一種系統(tǒng)，用于快速獲悉與之前 針對考慮的上下文來編碼的符號相關(guān)的概率。該獲悉基于這些符號的編碼順序。典型地， 如上所述根據(jù)"光柵掃描"類型的順序來遍歷圖像。
[0013] 在對可等于0或1的給定符號b進行編碼時，以下列方式針對當前塊MBi來更新 該符號的出現(xiàn)概率P,的獲悉：
[0014]
[0015] 其中，a是預定值，例如0.95,且Pii是在該符號最后出現(xiàn)時所計算的符號出現(xiàn)概 率。
[0016] 圖1A表示這樣的熵編碼的示意性示例，其中，圖像1滿當前塊MB顏熵編碼。在 當前塊熵編碼開始時，所使用的符號出現(xiàn)概率是在之前編碼和解碼的塊的編碼之后 獲得的符號出現(xiàn)概率，根據(jù)上述"光柵掃描"類型的塊的逐行遍歷，該在之前編碼和解碼的 塊緊鄰在當前塊MBi的前面。僅為了圖示清楚，圖1A中通過細線箭頭來表示針對特定的塊 的基于逐塊依賴性的獲悉。
[0017] 該類型的熵編碼的缺陷在于如下事實，在對位于行開始的符號進行編碼時，使用 的概率主要對應于位于前一行的末尾的符號所觀察到的概率，與塊的"光柵掃描"遍歷相 關(guān)?，F(xiàn)在，由于符號概率的可能空間變化（例如，對于與運動信息項相關(guān)的符號，位于圖像 右側(cè)部分的運動與在左側(cè)部分觀察到的可以不同，且從而對于由此產(chǎn)生的局部概率來說是 類似的），可以觀察到概率的局部適應性的缺失，這在編碼時具有引起有效性損失的風險。
[0018] 在互聯(lián)網(wǎng)地址http://wftp3.itu.int/av-arch/ictvc-site/2010 04A Dresden/TCTVC-A114-AnnexA.doc(2011 年 2 月 8 日）提供的文檔"AnnexA:CDCMVideo CodecDecoderSpecification"中描述了一種編碼方法，其緩解了上述缺陷。如圖IB所 示，在以上文檔中描述的編碼方法包括：
[0019] _將圖像1#刀分為多個塊的步驟，
[0020] -結(jié)合例如由陰影箭頭表示的之前編碼和解碼的預定數(shù)量的三個塊MBri、MBr2、 MBr3對該圖像的當前塊MBi進行預測編碼的步驟。上述三個塊特別包括緊鄰地位于當前 塊MBi的左邊的塊MBri、以及分別緊鄰地位于當前塊MBi的上方和右上方的兩個塊MBr2和 MBr3?
[0021] _對圖像^的塊進行熵編碼的步驟，據(jù)此，在這些塊可用時，每塊使用分別針對緊 鄰地位于當前塊上方的已編碼和解碼的塊以及緊鄰地位于當前塊的左側(cè)的已編碼和解碼 的塊來計算的符號出現(xiàn)概率。為了使后者更為清楚，在圖1B中通過細線箭頭來部分表示該 符號出現(xiàn)概率的使用。
[0022] 該熵編碼的好處在于，它利用了由當前塊的緊鄰環(huán)境產(chǎn)生的概率，由此使得可能 獲得更高的編碼性能。此外，使用的編碼技術(shù)使得可能對預定數(shù)量的成對的相鄰塊的子集 并行編碼。在圖1B展示的例子中，三個子集SE1、SE2和SE3被并行編碼，在該例子中每個 子集由虛線表示的一行塊構(gòu)成。當然，該編碼需要分別位于當前塊的上方和右上方的塊可 用。
[0023] 該并行編碼技術(shù)的缺陷在于，為了允許訪問針對緊鄰地位于當前塊上方的塊來計 算的符號出現(xiàn)概率，需要存儲與一行塊關(guān)聯(lián)的一些概率。如果例如在圖1B中考慮第二行 SE2的塊，通過使用針對之前的第一行SE1的第一塊來計算的符號出現(xiàn)概率，該行的第一塊 被熵編碼。在完成第二行的第一塊的編碼時，出現(xiàn)概率的值VI的狀態(tài)被存儲在緩沖存儲器 MT中。隨后，通過使用同時針對第一行SE1的第二塊和第二行SE2的第一塊來計算的符號 出現(xiàn)概率，第二行SE2的第二塊被熵編碼。在完成第二行的第二塊的編碼時，出現(xiàn)概率的值 V2的狀態(tài)被存儲在緩沖存儲器MT中。該過程持續(xù)，直到第二行SE的最后一塊。由于概率 的數(shù)量非常大（存在與語法元素的數(shù)量和關(guān)聯(lián)上下文的數(shù)量的組合一樣多的概率），整一 行的這些概率的存儲在存儲器資源方面非常昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的一個目標是彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0025] 為此，本發(fā)明的主題涉及一種對至少一個圖像進行編碼的方法，包括下列步驟：
[0026] -將圖像劃分為多個塊，
[0027] -將所述塊分組為預定數(shù)量的塊的子集，
[0028] _對所述塊的子集中的每個并行編碼，所考慮的子集中的塊是根據(jù)遍歷的預定順 序來編碼的，針對所考慮的子集中的當前塊，所述編碼步驟包括下列子步驟：
[0029] ?關(guān)于至少一個之前編碼和解碼的塊對所述當前塊進行預測編碼，
[0030] ?通過獲悉至少一個之前的符號出現(xiàn)概率對當前塊進行熵編碼，
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的方法值得關(guān)注之處在于：
[0032] -在當前塊是所考慮的子集中要編碼的第一塊的情形下，符號出現(xiàn)概率是針對至 少一個其他子集中的編碼和解碼的預定塊來計算的符號出現(xiàn)概率，
[0033] _在當前塊是所考慮的子集中除第一塊以外的塊的情形下，符號出現(xiàn)概率是針對 屬于相同子集的至少一個已編碼和解碼的塊來計算的符號出現(xiàn)概率。
[0034] 該布置使得可能在編碼器的緩沖存儲器中存儲較少數(shù)量的符號出現(xiàn)概率，因為除 了塊的子集的第一塊之外的當前塊的熵編碼不再必定需要使用關(guān)于之前已編碼和解碼的 塊所計算的符號出現(xiàn)概率，該之前已編碼和解碼的塊位于另一子集中并位于當前塊上方。
[0035] 該布置還使得可能保持現(xiàn)有的壓縮性能，因為當前塊的熵編碼使用針對當前塊所 屬的子集中的另一個之前編碼和解碼的塊來計算的符號出現(xiàn)概率，并且最終已經(jīng)通過更新 概率來實現(xiàn)獲悉，從而后者符合視頻信號的統(tǒng)計。
[0036] 在所考慮的塊的子集中的第一當前塊熵編碼期間使用針對所述其他子集的第一 塊來計算的符號出現(xiàn)概率的主要好處在于，通過在編碼器的緩沖存儲器中僅存儲所述符號 出現(xiàn)概率的更新來節(jié)省該緩沖存儲器，而不用考慮所述其他子集的其他連續(xù)塊所獲悉的符 號出現(xiàn)概率。
[0037] 在所考慮的塊的子集的第一當前塊的熵編碼期間使用針對所述其他子集中除第 一塊以外的塊（例如第二塊）來計算的符號出現(xiàn)概率的主要好處在于，獲得對符號出現(xiàn)概 率的更精確且因此更好的獲悉，由此帶來更好的視頻壓縮性能。
[0038] 在特定的實施例