CN101043633A - 一种编码中量化矩阵选择方法、装置及编解码方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码中量化矩阵选择方法，包括：A.判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵进行量化，否则进入步骤B；B.获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；C.将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵，否则采用低精度量化矩阵。本发明还公开了一种编码中量化矩阵选择装置、一种编解码方法及一种编解码系统。本发明方案由于采用自适应的量化矩阵选择，能明显节省编码比特，提升编码效率。

Description

一种编码中量化矩阵选择方法、装置及编解码方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及图像处理中的一种编码中量化矩阵选择方法、装置及编解码方法及系统。

背景技术

视频编码通过预测、变换、量化、熵编码等方法，在保证不失真的前提下，用尽可能少的比特表征原始视频序列。当前采用最广泛、并应用于大部分通用标准的是混合视频编码结构——原始序列帧首先通过帧内或者帧间预测生成预测帧，再由原始帧和预测帧相减得到残差系数，继而对残差系数进行变换量化，最后将量化得到的值进行熵编码并写入码流传输或存储。

视频编码中的量化技术是用于去除残差域的一些不重要系数，保留一小部分非常重要的系数，从而将待编码的残差系数进一步集中到有限的、离散的个别参数中，生成更适于熵编码的系数流，以获取更有效的熵编码结果，降低编码码率，提高编码效率。对于基于分块的混和编码框架，系数的量化精度，即量化阶距的大小，由量化矩阵定义，量化阶距越小，量化的精度越高，量化造成的信息损失就越小，性能降低的就越少，但是这样量化产生的非零系数的个数多，需要更多的比特进行熵编码，码率比较高；反之，量化阶距越大，量化的精度就越低，量化造成的信息损失越大，性能降低的越多，但是量化以后非零系数的个数很少，仅需要很少的比特就能实现编码，可以有效的节省码率。在现有的编码标准中，对于不同的帧类型、不同的系数类型以及每一个块都采用相同的量化矩阵，但是，由于视频内容特征的多样性，以及编码技术的差异，采用固定的量化矩阵不能很好的适应残差系数特征，导致生成的量化后系数分布不集中，从而无法达到更好的编码效果，研究自适应的量化技术就是在这种背景下提出的。

自适应量化总的来说是根据输入系数位置、类型等特征，选择不同的量化精度、取舍和量化偏移等方式获得更好的编码效率。

现有技术一的技术方案，是Gary J.Sullivan在H.264平台上设计的基于等期望的自适应量化方案。该技术通过自适应调节量化取舍偏移(AdaptiveQuantization Rounding Offset Adjustment)对不同的系数进行不同的量化取舍操作，此偏移基于量化前后系数等期望(Equal Expected Value)的原则进行调整。针对不同帧(I、B、P帧)、不同系数(AC、DC)的特点，将系数分成如下11个类别，其中，I帧为帧内预测帧，该帧的编码不使用其他帧的信息，但该帧信息会作为P帧或B帧编码的参考信息，在序列中的重要性最高；P帧为单向预测帧，该帧的编码仅使用在播放顺序中处于该帧之前的I帧或P帧的信息，其自身信息可用于后续P帧或B帧编码，其重要性仅次于I帧；B帧为双向预测帧，该帧的编码同时使用在播放顺序中处于该帧之前和之后的I帧或P帧的信息，该帧信息不用于后续其他帧的编码，因此在解码过程如果丢弃也不会影响整体性能，重要性最低。AC系数是指残差系数经变换后生成的高频系数，DC系数是指残差系数经变换后生成的低频系数，由于人眼对于不同频率的系数敏感度不同，低频系数相对高频系数更加重要。

亮度Intra4×4 AC系数；

亮度Intra16×16 AC系数；

亮度Intra16×16 DC系数；

色度Intra AC系数；

色度Intra DC系数；

P帧亮度Inter AC系数；

P帧色度Inter AC系数；

P帧色度Inter DC系数；

B帧亮度Inter AC系数；

B帧色度Inter AC系数；

B帧色度Inter DC系数；

根据量化前后等期望原理，并通过前驱已量化系数所用偏移预测当前量化系数偏移进行量化。

现有技术一的方案主要是针对整数编码的取整误差提出的，因此在码率比较低，量化系数比较大的情况下，基本没有性能的提升，应用范围很有限。

现有技术二的技术方案中，J.Lu等人根据人眼对于不同的系数分布敏感度不同的特点，针对块内不同位置的系数采用不同的量化矩阵，即对于图1这种4×4块中的不同位置的系数A和B，使用不同的量化矩阵进行量化。该方法已经被JVT接受为FRExt的一项编码工具。

现有技术二根据系数在编码块中的相对位置选择不同的量化矩阵，由于不同位置的系数采用不同的量化矩阵，编码和解码需要存储大量的量化矩阵，并在量化过程进行切换，提高了系数的存储空间和计算开销。

发明内容

本发明提供一种编码中量化矩阵选择方法、装置及编解码方法及系统，用于解决现有图像编码技术中存在的由于量化矩阵选择方案不够合理而带来的编码和解码过程性能下降，系统资源浪费的问题，为此本发明采用如下技术方案：

本发明一种编码中量化矩阵选择方法，包括：

A、判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则进入步骤B；

B、获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

C、将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则采用低精度量化矩阵对残差进行量化。

所述步骤A中，所述当前编码块可位于I帧、P帧或B帧。

所述步骤B中，根据当前块的相邻块非零系数个数，预测当前块的非零系数个数预测值NumCoeffPred。

所述步骤B，进一步包括：

B1、提取当前编码块的相邻块的量化后非零系数个数；

B2、根据所述当前编码块的相邻块的量化后非零系数个数，预测当前块的非零系数个数预测值NumCoeffPred。

所述步骤B1中，当前块的上块与左块的量化后非零系数的个数分别为NumCoeffUp和NumCoeffL；

所述步骤B2，进一步包括：

如果上块和左块都存在，NumCoeffPred＝(NumCoeffUp+NumCoeffL)/2；

如果仅左块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffL；

如果上块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffUp。

所述步骤C中，所述门限值为16。

所述步骤A中，采用高精度量化矩阵对残差进行量化后，存储当前块量化后非零系数的个数。

本发明一种编码中量化矩阵选择装置，包括

判断单元，用于判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵进行量化；

当前编码块非零系数个数获取单元，用于获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

比较单元，用于将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵，否则采用低精度量化矩阵。

所述当前编码块非零系数个数获取单元进一步包括：

相邻块非零系数获取单元，用于提取当前编码块的相邻块的量化后非零系数。

本发明编解码方法包括：

将原始帧与预测帧相减生成残差，并对残差进行变换；

选择量化矩阵对所述残差进行量化；

对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流，发送至接收端；

接收端解码所述码流，获取相应数据；

所述选择量化矩阵步骤，采用前述的量化矩阵选择方法。

本发明编解码系统包括：

残差生成单元，用于将原始帧与预测帧相减生成残差；

变换单元，用于对残差进行变换；

量化矩阵选择装置，用于选择量化矩阵对所述残差进行量化；

熵编码单元，用于对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流；

解码单元，用于进行解码操作，获取相应数据；

所述量化矩阵选择装置，采用前述的量化矩阵选择装置。

本发明有益效果如下：

本发明方案由于采用自适应的量化矩阵选择，能明显节省编码比特，提升编码效率，相对现有的自适应量化技术，该方法的判定过程简单，图像质量平稳，该方案适用的码率范围广泛，对各种码率都能起到提升性能的作用。另外该方案可以应用到任何基于块的混和式编码框架中。

附图说明

图1为现有技术中不同位置的系数A和B分别设置的示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明方案中步骤S220的细化流程图；

图4为本发明方案中是当前编码块与相邻块的关系示意图；

图5为本发明实施例中邻块非零系数的提取方法流程图；

图6为本发明实施例中当前块非零系数个数的预测方法流程图；

图7为本发明实施例中基于邻块预测信息的量化选择流程图；

图8为本发明编码中量化矩阵选择装置结构示意图

图9为本发明编解码方法的流程图；

图10为本发明编解码系统的结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明提供的量化矩阵选择方法，基于块位置和相邻块的非零系数值，预测并确定当前块使用的量化矩阵，从而在编码的过程中自适应的调整量化矩阵，在提升性能的同时，保证视频质量的平稳。

如图2所示，是本发明的流程示意图，从图中可见，本发明包括以下步骤：

S210、判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则进入步骤S220；

对于双向预测帧中的条带或图像起始块，即条带或图像的第一个编码块，采用高精度量化矩阵，其他块的量化矩阵由当前块非零系数个数的预测值决定。

本发明方案适用于I帧、P帧和B帧类型，由于双向预测帧的信息不会用于其他帧的编码，双向预测帧性能的降低不会影响其他重要帧的性能，因此在双向预测帧中使用自适应量化技术。如果当前帧为双向预测帧时，使用自适应量化，对于非双向预测帧，可以基于系统要求，使用高精度量化矩阵或者按照本发明方案使用自适应量化矩阵。

S220、获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

如果在步骤S210中，当前编码块不是起始块，则采用基于邻块预测信息的量化矩阵选择，如图3所示，具体可以包括以下步骤：

S221、提取邻块量化后非零系数的个数；

如图4所示，是当前编码块与相邻块的关系示意图，当前块E的相邻块分别为左块A和上块B，在本步骤中，提取当前块E的相邻块的量化后非零系数的个数，以生成当前块非零系数个数的预测值。

具体方法是，判断当前块的上块B和左块A是否存在，如果存在，则分别存储二者的非零系数的个数NumCoeffUp和NumCoeffL。

S222、根据邻块量化后非零系数的个数预测当前块的非零系数个数；

根据特定的算法计算当前块非零系数个数的预测值NumCoeffPred：

如果上块和左块都存在，NumCoeffPred＝(NumCoeffUp+NumCoeffL)/2；

如果仅左块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffL；

如果上块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffUp。

S230、将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则采用低精度量化矩阵对残差进行量化。

如果步骤S220中获取的NumCoeffPred小于门限值Th1，则采用低精度量化矩阵对残差进行量化，否则采用高精度量化矩阵对残差进行量化。

上述门限值Th1值受编码块的大小(如采用4×4的分块还是8×8的分块)、序列的纹理和运动特征、编码输出的码率范围等信息的影响，通常采用对多个序列和多种码率范围进行统计得到，例如，在8×8分块编码中，Th1可取为16，即当NumCoeffPred小于16时，采用低精度量化矩阵对残差进行量化，否则采用高精度量化矩阵对残差进行量化。

另外，该门限值还与帧类型有关，上述Th1取值为16是在双向预测帧中(B帧)，如果改为I帧或P帧，该值有可能改变，这需要根据具体情况而定。

下面看一个具体的实施例，该实施例中，对双向帧自适应选择量化矩阵，对于帧内预测帧与单向预测帧，采用高精度量化矩阵。包括以下几个关键点：

(1)基于帧类型的量化方法判定：

主要考虑自适应量化对图像质量的影响和各图像在混和编码框架中所起到的参考作用，采用如下方式确定不同类型帧的量化方法：

如果当前帧为帧内预测帧或单向预测帧，使用高精度量化矩阵对残差进行量化；

如果当前帧为双向预测帧，使用自适应量化技术，量化矩阵的选取由块位置和邻块预测信息决定。

(2)基于块位置的量化方法判定：

对于使用自适应量化技术的图像，基本编码块采用如下方式确定采用量化方法：

如果当前块为条带或图像起始块，使用高精度量化矩阵对残差进行量化，并存储量化后非零系数的个数；

否则，量化矩阵的选取由邻块预测信息决定。

对于块是否处于条带或图像起始，通过判断其左块和上块是否存在来决定，如果二者都不存在，则为起始块。

(3)基于邻块预测信息的量化方法

对于使用邻块信息决定量化矩阵的块，采用如下方式确定量化矩阵：

首先，提取相邻块的非零系数个数值，提取方法如图5所示。

然后，根据提取的邻块非零系数个数，预测当前块的非零系数个数，方法如图6所示。

最后，根据预测值的范围确定当前块采用的量化方法，并存储当前块量化后的非零系数个数，用于作为后续编码块提取邻块非零系数个数之用。方法如图7所示。

在AVS1-P2或AVS1-P2Xprofile中，高精度量化矩阵对应的反量化矩阵为A，低精度量化矩阵对应的反量化矩阵如B：A＝{

32768，36061，38968，42495，46341，50535，55437，60424，

32932，35734，38968，42495，46177，50535，55109，59933，

65535，35734，38968，42577，46341，50617，55027，60097，

32809，35734，38968，42454，46382，50576，55109，60056，

65535，35734，38968，42495，46320，50515，55109，60076，

65535，35744，38968，42495，46341，50535，55099，60087，

65535，35734，38973，42500，46341，50535，55109，60097，

32771，35734，38965，42497，46341，50535，55109，60099}B＝{

32932，35734，38968，42495，46177，50535，55109，59933，

65535，35734，38968，42577，46341，50617，55027，60097，

32809，35734，38968，42454，46382，50576，55109，60056，

65535，35734，38968，42495，46320，50515，55109，60076，

65535，35744，38968，42495，46341，50535，55099，60087，

65535，35734，38973，42500，46341，50535，55109，60097，

32771，35734，38965，42497，46341，50535，55109，60099，

32771，35734，38965，42497，46341，50576，55109，59933}

如图8所示，是本发明编码中量化矩阵选择装置结构示意图，从图中可见，主要包括：

判断单元810，用于判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵对残差进行量化；

当前编码块非零系数个数获取单元820，用于获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

比较单元830，用于将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵，否则采用低精度量化矩阵。

所述当前编码块非零系数个数获取单元820进一步包括：

相邻块非零系数获取单元821，用于提取当前编码块的相邻块的量化后非零系数个数。

本发明还包括一种编解码方法，该编解码方法使用前述的量化矩阵选择方法。如图9所示，是本发明编解码方法的流程图，包括以下步骤：

S910、将原始帧与预测帧相减生成残差，并对残差进行变换；

S920、选择量化矩阵对所述残差进行量化；

S930、对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流，发送至接收端；

S940、接收端解码所述码流，获取相应数据。

该步骤S920中，采用前述的量化矩阵选择方法进行量化矩阵选择。

本发明还包括一种编解码系统，该编解码系统使用前述的量化矩阵选择装置。如图10所示，是本发明编解码系统结构示意图，该编解码系统包括：

残差生成单元1010，用于将原始帧与预测帧相减生成残差；

变换单元1020，用于对残差进行变换；

量化矩阵选择装置1030，用于选择量化矩阵对所述残差进行量化；

熵编码单元1040，用于对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流；

解码单元1050，用于进行解码操作，获取相应数据；

上述方案中的量化矩阵选择装置，采用图8所示的量化矩阵选择装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1、一种编码中量化矩阵选择方法，其特征在于，包括：

A、判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则进入步骤B；

B、获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

C、将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵对残差进行量化，否则采用低精度量化矩阵对残差进行量化。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述当前编码块可位于I帧、P帧或B帧。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B，根据当前块的相邻块非零系数个数，预测当前块的非零系数个数预测值NumCoeffPred。

4、如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤B，进一步包括：

B1、提取当前编码块的相邻块的量化后非零系数个数；

B2、根据所述当前编码块的相邻块的量化后非零系数个数，预测当前块的非零系数个数预测值NumCoeffPred。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述步骤B1中，当前块的上块与左块的量化后非零系数的个数分别为NumCoeffUp和NumCoeffL；

所述步骤B2，进一步包括：

如果上块和左块都存在，NumCoeffPred＝(NumCoeffUp+NumCoeffL)/2；

如果仅左块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffL；

如果上块存在，NumCoeffPred＝NumCoeffUp。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，所述门限值为16。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，采用高精度量化矩阵对残差进行量化后，存储当前块量化后非零系数的个数。

8、一种编码中量化矩阵选择装置，其特征在于，包括

判断单元，用于判断当前编码块所处位置，如果当前编码块为起始块，则采用高精度量化矩阵进行量化；

当前编码块非零系数个数获取单元，用于获取当前编码块非零系数个数预测值NumCoeffPred；

比较单元，用于将所述预测值NumCoeffPred与设定的门限值相比较，如果高于所述门限值则采用高精度量化矩阵，否则采用低精度量化矩阵。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述当前编码块非零系数个数获取单元进一步包括：

相邻块非零系数获取单元，用于提取当前编码块的相邻块的量化后非零系数。

10、一种编解码方法，包括：

将原始帧与预测帧相减生成残差，并对残差进行变换；

选择量化矩阵对所述残差进行量化；

对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流，发送至接收端；

接收端解码所述码流，获取相应数据；

其特征在于，所述选择量化矩阵步骤，采用权利要求1所述的量化矩阵选择方法。

11、一种编解码系统，包括：

残差生成单元，用于将原始帧与预测帧相减生成残差；

变换单元，用于对残差进行变换；

量化矩阵选择装置，用于选择量化矩阵对所述残差进行量化；

熵编码单元，用于对量化后生成的系数进行熵编码，并将熵编码后的数据写入码流；

解码单元，用于进行解码操作，获取相应数据；

其特征在于，所述量化矩阵选择装置，采用权利要求8所述的量化矩阵选择装置。

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