[发明专利]用于视频比特流熵编码/解码以得到细粒度可缩放性的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及视频编码领域，并且更具体地涉及可缩放视频编码。

背景技术

常规视频编码标准(例如MPEG-1、H.261/263/264)涉及到根据特定比特率目标对视频序列进行编码。一旦编码，该标准就不提供用于以与编码所用的比特率设置不同的比特率对视频序列进行发送或者解码的机制。因而，当需要较低比特率的版本时，必须投入计算工作以(至少部分地)对视频序列进行解码和重新编码。

对照而言，利用可缩放视频编码，以这样的方式对视频序列进行编码，该方式使得其特征在于较低比特率的编码序列可以通过比特流的操纵、特别是通过从比特流中选择性地去除比特来简单地产生。细粒度可缩放性(FGS)是一类允许在特定限度内或多或少地任意调节视频流比特率的可缩放性。MPEG-21SVC标准要求比特率可以用10％的步长来调节。

一种用于生成这样的视频流的策略是使用时间分解方案(例如时间域中的小波变换)将各视频帧(原视频信号或者该信号的变换版本)编码到嵌入式比特流中。由于可以用小的步长来截取各帧的比特流，所以控制整个视频序列的比特率的可能性几乎是无限的。

对这一策略进行扩展，存在不同方法用于获得这样的嵌入式比特流。一种方法包括在同一过程中对基础层和增强层进行编码并且使用基本上相同的算法。由于在同一过程中对层进行编码，所以此方式可以有助于开发层间相关性，例如基础层与增强层之间的相关性。

第二种方式包括将视频独立地编码到基础层比特流中，然后分别地生成可缩放的增强层。在这一策略中，可以主要在增强层中实现细粒度可缩放性。由于独立地对基础层和增强层进行编码，所以开发任何层间相关性可能更具挑战性，而这可能降低编码效率。然而，由于非可缩放基础层比特流的产生已经标准化，所以对于许多应用而言希望在成功标准的顶部构建FGS系统。

所述两种方式均通过产生比特流来实现质量可缩放性，该比特流首先包括“基础层”并且其次包括一个或者多个“增强层”，这些增强层朝着原信号逐步地细化下一较低层的质量。进行部分增强层解码而不显著降低解码视频的质量通常是不可能的。通过在分层编码器的顶部添加FGS可以应对这一点。

一种以这样的分层方式来组合FGS的示例性实施包括如下关键步骤：

使用非嵌入式视频编码标准如H.264对基础层进行编码；

获得编码基础层的重建版本；

从原信号中减去重建基础层；

对差分帧的4×4块执行离散余弦变换(DCT)(见图2)；

根据DCT系数的频率将DCT系数分成子带；

在各层中对一个或者多个比特平面进行编码，其中每个比特平面涉及到对系数进行分类并且在三个通行(pass)之一中对各系数进行编码：

1.称为“有效性传播通行”，此通行标识了如下系数，这些系数已经在前一比特平面中重建零值，并且在前一比特平面中具有一个或者多个具有非零重建值的邻近系数。编码二进制数充当指示了系数是否在当前比特平面中从零转变成非零的“有效比特”。

2.称为“细化通行”，此通行标识了已经在前一比特平面中重建非零值的那些系数。编码二进制数字对这些系数在当前比特平面中的精确度进行细化。

3.称为“剩余通行”，此通行对剩余系数(即在第一或者第二通行中尚未标识的那些系数)进行编码。恰与“有效性传播通行”中一样，针对各系数对“有效比特”进行编码，然而，在没有邻近非零值的情况下，从零到非零的转变从统计学上说不太可能，因此分别地对用于此类非零系数的有效比特进行编码。

这一方式有数个问题。一个问题在于除了在生成差分帧时以外实际上忽略了基础层信息。另一问题在于这一FGS编码器的性能通常不能令人满意。缺乏效率的一个原因在于编码过程产生了消耗大量比特的过量零符号。尽管算术编码器可以针对各编码上下文维持某一概率分布模型，但是如果它们的分布极度地偏置而算术编码器不能准确地对概率进行建模，则它无法高效地对符号进行编码。例如，假设待编码的符号集包含各具有某一概率的0和1。如果任一符号的概率大于在算术编码器中可以维持的最大概率，则难以实现良好的编码效率。

因此，需要一种可以减少基础层与增强层之间冗余性的改进FGS编码器。也需要一种可以被准确地建模并且因此由算术编码器高效地编码的紧凑FGS编码方案。

发明内容