[发明专利]对使用有向变换生成的比特流进行解码的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及视频编解码器，更具体地，涉及在视频帧和图像中的像素块的编码和解码中使用的有向变换(directional transform)。 

背景技术

编解码器 

数字视频编解码器对视频进行压缩和解压。编解码器可以在广播设备、电视、个人计算机、录像机和播放器、卫星以及移动设备和在线设备中找到。编解码器将视频的各帧划分为像素块，并且一次处理一个块。 

在编码中，消除空间和时间冗余以减小数据率。本发明与视频编码和解码中使用的变换特别相关。最普通的变换是MPEG和H.264/AVC标准中规定的离散余弦变换(DCT)。DCT对空间域中的像素强度进行转换以对频域中的系数进行变换。然后对系数进行量化，进行熵解码，以生成压缩比特流。比特流可以存储在介质(DVD)上，或者直接传送到解码器。在解码中，这些步骤反过来。在熵解码和逆量化之后，进行逆变换以恢复原始视频。 

通常，解码器的数量(例如，全世界的消费类产品)远远超过编码器的数量。因此，为了实现互通性，仅比特流和解码处理被标准化。编码处理通常不在标准中规定。 

变换 

DCT包括施加于块中的各像素行的水平1D DCT和施加于各像素列的垂直1DDCT。对于主要具有水平特征和垂直特征的块，2D DCT是高效的。然而，2D DCT不能高效地对包含既非水平也非垂直的特征(即，有向特征)的块进行变换，其中“有向(directional)”指水平和垂直以外的朝向。 

通常，存在两种实现有向变换的方法。第一种方法沿着块内的预定路径施加2DDCT。第二种方法施加有向滤波器，之后是2D DCT。通常，扇形滤波器(fan filter)将块划分为有向子带的集合。随后对各子带施加变换。这样实施轮廓波(contourlet)等 的有向变换。轮廓波高效地对包含由曲线边界分离的平滑区域的帧进行变换。 

已经使用有向变换来补充现有视频编码方法(诸如H.264/AVC)的现有2D DCT或DCT类的变换。在编码处理中，H.264/AVC编码器从变换集(诸如传统的2D变换)及有向变换集中进行选择。然后选择在编码率/失真方面产生最佳性能的一个变换，以进行编码和解码。 

在变换之后，可以利用有向数据的统计来对相应数据的熵解码进行改进。在H.264/AVC中，使用上下文(context)自适应二进制算术编码器(CABAC)或上下文自适应可变长度编码器(CAVLC)对不同类型的数据进行熵编码。把输入符号映射到二进制码字并由算术编码器进行压缩。上下文用于调整算术编码器所使用的统计。各上下文存储最可能的符号(0或1)以及相应的概率。 

H.264/AVC标准被设计为使用2D DCT。现有方法可以使用有向变换来扩展H.264/AVC编码器的性能。然而，这些方法仍然使用传统的H.264/AVC架构来生成与方向有关的判决以及数据并进行编码。因而，需要高效地表示有向信息，并提高编码效率。 

变换的目的在于将像素值变化的块转换为大部分系数为0的系数块。在DCT的情况下，将像素的阵列集转换为表示块中的低频至高频数据的DCT系数集。最低的频率是DC系数，其与通过变换而转换的全部像素的平均值相关。下一个系数表示信号中包含的最低频余弦波的幅值。随后的系数对应于递增的频率。如果数据非常适合于DCT，则许多频率系数为零，是解码器重建视频时所不需要的。 

使用并行1D变换集的现有的有向变换的一个问题在于：根据变换在块中的位置，各1D变换的长度可能发生变化。例如，为了使用朝向45度的有向变换对8×8块进行变换，沿着块的主对角线的1D变换具有8个元素，并且相邻的1D具有7个元素，等等，直至一个或两个元素的变换，这是低效的。一个元素的变换最多是一个像素值的缩放，这对提高编码效率不起多大作用。因而，需要一种方法，该方法使用这些变换对块进行变换而不会因为小的变换路径而变得低效，但仍保持原变换的有向特性。 

还需要一种方法来以进一步提高编码效率但无损于性能(当数据在第二正交方向上不相关时2D DCT的性能会劣化)的方式对第一变换集的输出施加第二变换集。 

此外，需要一种适合于对H.264/AVC等预测编码器中普遍存在的预测残余块进行编码的该变换的分割后的形式。 

发明内容

比特流包括帧序列。各帧被划分为编码块。针对各个块，在根据比特流中的变换索引确定的变换角处确定路径集。从比特流中取得变换系数。变换系数包括各路径的一个DC系数。对变换系数施加逆变换来生成解码视频。 

附图说明