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CN102934433A - 使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码和解码的方法和设备以及对图像进行解码的方法和设备 - Google Patents

使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码和解码的方法和设备以及对图像进行解码的方法和设备 Download PDF

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CN102934433A
CN102934433A CN2011800277517A CN201180027751A CN102934433A CN 102934433 A CN102934433 A CN 102934433A CN 2011800277517 A CN2011800277517 A CN 2011800277517A CN 201180027751 A CN201180027751 A CN 201180027751A CN 102934433 A CN102934433 A CN 102934433A
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coefficients
predetermined angle
reference axis
scanning
current block
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CN2011800277517A
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范迪姆·谢廖金
陈建乐
韩宇镇
李泰美
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Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

提供使用自适应系数扫描顺序的对图像进行编码的方法和设备以及对图像进行解码的方法和设备。该对图像进行编码的方法包括：沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴；以投影到参考轴的投影的系数的布置顺序扫描当前块的系数；对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码。

Description

使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码和解码的方法和设备以及对图像进行解码的方法和设备
技术领域
与示例性实施例一致的设备和方法涉及对图像进行编码和对图像进行解码，更具体地讲，涉及通过使用多种系数扫描顺序对系数信息进行编码和对系数信息进行解码。
背景技术
图像压缩方案将原始图像划分为均具有预定的尺寸的块，并通过以块为单位执行帧间预测或帧内预测产生预测图像。此外，图像压缩方案对作为预测图像和原始图像之间的差别的残差数据进行变换、量化和熵编码。可由编码器对在变换和量化之后获得的变换系数进行编码，以在被存储或发送之前具有更小的尺寸。当编码器输出编码的变换系数时，在高频分量中存在很多值为0的系数。
发明内容
技术问题
在现有技术中，针对系数的扫描顺序被预定，并且无法根据系数的特性被改变。
解决方案
示例性实施例的多个方面提供可通过有效地布置系数来提高图像压缩效率的自适应系数扫描顺序。
示例性实施例的多个方面还提供使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法和设备以及对图像进行解码的方法和设备，其中，所述自适应系数扫描顺序可通过仅使用一个参数有效地定义多种扫描顺序。
有益效果
可通过仅使用角度信息来有效地定义多种扫描顺序来提高图像压缩效率。
附图说明
图1是示出将以Z字形扫描顺序扫描的块的参考示图；
图2是示出将以垂直扫描顺序扫描的块的参考示图；
图3是示出将以水平扫描顺序扫描的块的参考示图；
图4是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的设备的框图；
图5是根据示例性实施例的用于解释自适应扫描顺序的参考示图；
图6是示出根据示例性实施例的应用到4×4块的系数的扫描顺序的参考示图；
图7是示出根据示例性实施例的以图6的扫描顺序扫描的系数的示图；
图8是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法的流程图；
图9是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的设备的框图；
图10是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的方法的流程图。
实现本发明的最佳实施方式
根据示例性实施例的一方面，提供一种使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法，所述方法包括：沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴；以投影到参考轴的投影的系数的布置顺序扫描当前块的系数；对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码。
根据另一示例性实施例的一方面，提供一种用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的设备，所述设备包括：扫描单元，沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，并根据投影到参考轴的投影的系数的布置顺序扫描当前块的系数；熵编码单元，对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码。
根据另一示例性实施例的一方面，提供一种使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的方法，所述方法包括：从比特流获得关于用于确定将被解码的当前块的系数的扫描顺序的预定角度α的角度信息；沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，使用预定角度α将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，并基于投影到参考轴的投影的系数的布置顺序确定扫描顺序；以确定的扫描顺序扫描得自比特流的当前块的系数。
根据另一示例性实施例的一方面，提供一种用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的设备，所述设备包括：熵编码单元，从比特流获得关于用于确定将被解码的当前块的系数的扫描顺序的预定角度α的角度信息；扫描单元，沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，使用预定角度α将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，以基于投影到参考轴的投影的系数的布置顺序确定扫描顺序，并以确定的扫描顺序扫描得自比特流的当前块的系数。
根据另一示例性实施例的一方面，提供一种使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法，所述方法包括：根据确定的扫描顺序扫描当前块的系数；对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码，其中，所述扫描顺序被确定为相应于：沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，被投影到水平轴和垂直轴中的参考轴的系数的布置顺序。
本发明的实施方式
现将参考附图更全面地描述示例性实施例。
图1至图3是用于解释以系数扫描顺序重新布置的系数之间的差别的参考示图。图1示出以Z字形扫描顺序布置的系数，图2示出以垂直扫描顺序布置的系数，图3示出以水平扫描顺序布置的系数。
参照图1，如果当前块的系数从直流（DC）系数11开始以Z字形扫描顺序被依次扫描，则扫描的系数是{10,3,4,2,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0}。在有效的映射编码期间，执行扫描，直到到达最后一个有效变换系数12，指示每个系数是否是最后一个有效的变换系数的块结束（EOB）标记被分配给最后一个有效的变换系数12，并且在最后一个有效的变换系数12之后，基本不执行扫描。
参照图2，如果当前块的系数从DC系数21开始以垂直扫描顺序被依次扫描，则扫描的系数是{10,4,2,1,3,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}。在有效的映射编码期间，执行扫描，直到到达最后一个有效变换系数22，指示每个系数是否是最后一个有效的变换系数的EOB标记被分配给最后一个有效的变换系数22，并且在最后一个有效的变换系数22之后，基本不执行扫描。
参照图3，如果当前块的系数从DC系数31开始以水平扫描顺序被依次扫描，则扫描的系数是{10,3,0,0,4,0,0,0,2,0,0,0,1,0,0,0}。在有效的映射编码期间，执行扫描，直到到达最后一个有效变换系数32，指示每个系数是否是最后一个有效的变换系数的EOB标记被分配给最后一个有效的变换系数32，并且在最后一个有效的变换系数32之后，基本不执行扫描。
由于系数通过扫描被重新布置以收集值为0的系数以外的系数，因此当当前块的系数如图1至图3所示将被重新布置时，垂直扫描顺序是最有效地扫描顺序。这样，当相同的当前块的系数被扫描时，根据扫描顺序改变系数被重新布置的布置类型。然而，如果使用多种扫描顺序，则由于关于哪一个扫描顺序被应用到当前块的信息也将被编码，因此作为附加信息将被发送的比特的数量增加。因此，通常以预定义的扫描顺序执行扫描。因此，一个或多个示例性实施例可使用角度定义多种扫描顺序，并通过减少为定义多种扫描顺序而添加的比特的数量来有效地压缩图像。
图4是示出根据示例性实施例的用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的设备400的框图。
参照图4，设备400包括减法单元405、预测单元410、变换和量化单元420、熵编码单元430、扫描单元425和控制单元440。
预测单元410将输入图像划分为均具有预定的尺寸的块，并通过对每个块执行帧间预测或帧内预测产生预测块。详细地，运动估计单元411执行产生运动矢量的运动估计，其中，所述运动矢量指示与先前被编码并随后被重建的参考画面的预定的搜索范围内的当前块类似的区域。运动补偿单元412执行通过获得由运动矢量指示的参考画面的相应的区域数据来产生当前块的预测块的运动补偿。此外，帧内预测单元416执行通过使用与当前块邻接的相邻块的数据来产生预测块的帧内预测。
减法单元405通过从原始图像数据减去由预测单元410产生的当前块的预测块来产生残差数据。变换和量化单元420通过执行频率变换（诸如，离散余弦变换（DCT））将残差数据变换到频域，并对频域进行量化以输出量化的变换系数。在此，术语“变换系数”是指由变换和量化单元420变换和量化的系数。
扫描单元425以通过使用预定角度α定义的系数扫描顺序重新布置从变换和量化单元420输出的变换系数，随后输出重新布置的变换系数。以下，将详细解释由扫描单元425执行的自适应系数扫描。
熵编码单元430对变换系数执行可变长编码，以产生比特流。熵编码单元430通过产生附加信息（诸如，变换系数的尺寸信息和有效的映射）对变换系数进行编码。
逆变换和反量化单元415通过执行反量化和逆变换来重建残差数据。加法单元417通过将预测块和重建的残差数据进行相加来重建当前块。重建的当前块经过去块滤波器414，被存储在存储单元413中，并被用作下一个块的参考数据。
控制单元440控制设备400的每个元件，并通过例如根据扫描顺序比较比特流的成本（例如，率失真（RD）成本）来确定预测模式和用于对当前块进行编码的扫描顺序，这将在下面进行详细解释。
图5是根据示例性实施例的用于解释自适应扫描顺序的参考示图。
参照图5，为了扫描当前块的系数，扫描单元425沿着与参考轴具有预定角度α（范围是0度到90度）的直线所垂直的直线，将当前块的每个系数投影到从水平轴x和垂直轴y中选择的作为参考轴的轴。例如，如图5所示，系数51和52沿着直线55和56被投影到水平轴x，其中，直线55和56垂直于与水平轴x具有的预定角度α的直线50。
根据投影的系数53和54的布置顺序，确定系数将以哪一个顺序被扫描。一般来说，由于包括DC系数的低频分量更可能具有非0的值，因此可以从DC系数开始以投影到参考轴的投影的系数被布置在参考轴上的布置顺序，依次扫描系数。如果因为例如预定角度α是0度、45度或90度，系数被投影到参考轴上的相同的位置上，则靠近参考轴的系数可被首先扫描。在这种情况下，如果预定角度α是0度，则扫描顺序被确定为垂直扫描顺序，如果预定角度α是45度，则扫描顺序被确定为Z字形扫描顺序，并且如果预定角度α是90度，则扫描顺序被确定为水平扫描顺序。
图6是示出根据示例性实施例的被应用到4×4块的系数的扫描顺序的参考示图。图7是示出根据示例性实施例的以图6的扫描顺序扫描的系数的示图。
参照图6，扫描单元425沿着与作为参考轴的水平轴x具有预定角度α的直线所垂直的直线将当前块的每个系数投影到水平轴x。当位于第x行和第y列的任意系数被表达为（x，y）时，在图6中，依次扫描系数(0,0),(1,0),(0,1),(2,0),(1,1),(3,0),(0,2),(2,1),(1,2),(3,1),(2,2),(1,3),(3,2),(2,3)和(3,3)。参照图7，如果如图7所示的当前块的系数以图6的扫描顺序被扫描，则扫描的系数是{10,4,3,2,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}。
如上所述，由于根据本示例性实施例，如果预定角度α是0度，则扫描顺序被确定为垂直扫描顺序，如果预定角度α是45度，则扫描顺序被确定为Z字形扫描顺序，并且如果预定角度α是90度，则扫描顺序被确定为水平扫描顺序，因此可通过仅使用一个角度α定义包括现有技术的扫描顺序的各种扫描顺序。
同时，为了确定能够使当前块的系数被最有效地布置的扫描顺序，扫描单元425可通过使用多个角度以不同的扫描顺序扫描和输出当前块的系数，比较根据不同的扫描顺序在熵编码单元430执行编码之后获得的成本，并将具有最小的成本的扫描顺序确定为将被最终应用到当前块的扫描顺序。也就是说，扫描单元425将预定角度α改变为至少一个改变的角度α′，并对以改变的角度α'对系数进行扫描和熵编码之后获得的成本和以预定角度α对系数进行扫描和熵编码之后获得的成本进行比较，并将具有最小的成本的角度确定为用于确定系数的扫描顺序的最终的角度。由熵编码单元430对关于当前块的扫描顺序的信息（即，关于用于确定扫描顺序的角度α的信息）进行编码。在这种情况下，如果关于扫描顺序的信息被添加到每个块，则比特数会增加。因此，可通过以序列或帧为单位选择多个预定义的角度之一来对关于扫描顺序的信息进行编码。例如，可在相同的序列或帧中执行使用预定义的角度α1、α2和α3之一的扫描方法。
图8是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法的流程图。
参照图8，在操作810，沿着与参考轴具有预定角度α的直线所垂直的直线，将当前块的每个系数投影到从水平轴和垂直轴中选择的作为参考轴的轴。
在操作820，根据投影到参考轴的系数的布置顺序确定扫描顺序，并且以确定的扫描顺序扫描系数。如上所述，可从DC系数开始以投影到参考轴的系数被布置在参考轴上的布置顺序，依次扫描系数。
在操作830，对关于预定角度的信息和扫描的系数进行熵编码。
如上所述，当扫描顺序被确定并且以确定的扫描顺序被扫描的系数被输入时，熵编码单元430通过将具有非0的值的有效的系数表达为“1”并将具有值0的系数表达为“0”，来产生有效的映射Sigmap。在有效的映射Sigmap中，将指示每个系数是否是最后一个有效系数的EOB标记分配给值为1的每个有效的系数。
同时，如果仅存在DC系数，例如，如果量化参数QP很大，则即使使用多种扫描顺序，扫描的系数的布置类型也没有改变。因此，为了在仅存在DC系数时减少开销，熵编码单元430可不对用于确定扫描顺序的角度信息进行编码。也就是说，熵编码单元430通过使用有效的映射Sigmap和EOD标记确定DC系数是否是最后一个有效的系数，并且仅在DC系数不是最有一个有效的系数时，可对用于确定扫描顺序的角度信息进行编码。
此外，为了减少开销，熵编码单元430可通过将“0”分配给关于频繁发生的用于确定扫描顺序的预定角度的角度信息并将其它值分配给其它角度，来对用于确定扫描顺序的角度信息进行编码。例如，如果可使用Z字形扫描顺序、水平扫描顺序和垂直扫描顺序但Z字形扫描顺序被选择为最适于扫描当前块的系数的扫描顺序，则可通过将“0”分配给Z字形扫描顺序并分别将“01”和“10”分配给水平扫描顺序和垂直扫描顺序执行熵编码，来提高压缩效率。
如上所述，由于根据本示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法可使用具有小的开销的多种扫描顺序，因此可提高根据图像特性的压缩效率。
图9是示出根据示例性实施例的用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的设备1000的框图。
参照图9，设备1000包括熵解码单元1010、预测单元1020、残差重建单元1030、控制单元1040、加法单元1050、扫描单元1015和存储单元1060。
熵解码单元1010从输入比特流获得关于用于确定扫描顺序的预定角度的角度信息以及关于将被解码的当前块的系数的信息。如上所述，通过使用用于确定扫描顺序的角度信息，扫描单元1015沿着与参考轴具有预定角度的直线所垂直的直线，将当前块的每个系数投影到从水平轴和垂直轴中选择的作为参考轴的轴上，并且基于投影到参考轴的系数的布置顺序确定扫描顺序。扫描单元1015重新布置从熵解码单元1010提取的系数，并将重新布置的系数输出到残差重建单元1030。残差重建单元1030通过对变换系数执行反量化和逆变换来重建残差数据。预测单元1020根据从比特流提取的当前块的预测模式产生和输出预测图像。加法单元1050通过将重建的残差数据和预测图像进行相加来重建当前块。重建的当前块被存储在存储单元1050中，并被用于对下一块进行解码。控制单元1040控制设备1000的每个元件。
图10是示出根据示例性实施例的使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的方法的流程图。
参照图10，在操作1010，从比特流获得关于用于确定将被解码的当前块的系数的扫描顺序的预定角度α的角度信息。
在操作1020，通过使用获得的角度信息，沿着与参考轴具有预定角度α的直线所垂直的直线，将当前块的每个系数投影到从水平轴和垂直轴中选择的作为参考轴的轴上，并且基于投影到参考轴的系数的布置顺序确定系数的扫描顺序。
在操作1030，以确定的扫描顺序重新布置从比特流获得的系数，并将其输出。重新布置和输出的系数经过反量化和逆变换，产生残差数据。通过将产生的残差数据和当前块的预测图像进行相加来重建当前块。
如上所述，可通过仅使用角度信息有效地定义多种扫描顺序来提高图像压缩效率。
示例性实施例可被实施为计算机可读记录介质中的计算机可读代码。计算机可读记录介质可以是能够存储由计算机系统读取的数据的任何记录设备。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储装置。计算机可读介质可分布于通过网络相互连接的计算机系统，并且示例性实施例可被存储和实现为分布式系统中的计算机可读代码。另外，编码设备400和解码设备1000的一个或多个单元可包括执行存储在计算机可读介质中的计算机程序的处理器或微处理器。
虽然已经使用特定的术语在上面具体示出和描述了示例性实施例，但示例性实施例和术语仅是说明性的，并不应被解释为限制由权利要求限定的本发明构思的范围。因此，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的方法，所述方法包括：
沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴；
以投影到参考轴的投影的系数的布置顺序扫描当前块的系数；
对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码。
2.如权利要求1所述的方法，其中，预定角度α的范围是从参考轴起的0度到90度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，扫描系数的步骤包括：从直流（DC）系数开始以投影到参考轴的投影的系数在参考轴上被布置的布置顺序，依次扫描当前块的系数。
4.如权利要求1所述的方法，其中，通过对在以第一预定角度α1对当前块的系数进行扫描和熵编码之后获得的成本和以第二预定角度α2对系数进行扫描和熵编码之后获得的成本进行比较，来从第一预定角度1和第二预定角度2中确定预定角度α。
5.如权利要求1所述的方法，其中，从设置为将被应用到至少一个画面单元的多个角度中确定预定角度α。
6.如权利要求1所述的方法，其中，对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码的步骤包括：
确定除当前块的DC系数以外是否存在值为非0的有效的系数；
如果确定除所述DC系数以外不存在值为非0的有效的系数，则不对关于预定角度α的信息进行编码。
7.一种用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行编码的设备，所述设备包括：
扫描单元，沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，并根据投影到参考轴的投影的系数的布置顺序扫描当前块的系数；
熵编码单元，对关于预定角度α的信息和扫描的系数进行熵编码。
8.一种使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的方法，所述方法包括：
从比特流获得关于用于确定将被解码的当前块的系数的扫描顺序的预定角度α的角度信息；
沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，使用预定角度α将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，并基于投影到参考轴的投影的系数的布置顺序确定扫描顺序；
以确定的扫描顺序扫描得自比特流的当前块的系数。
9.如权利要求8所述的方法，其中，预定角度α的范围是从参考轴起的0度到90度。
10.如权利要求8所述的方法，其中，扫描系数的步骤包括：从DC系数开始以投影到参考轴的投影的系数在参考轴上被布置的布置顺序，依次扫描当前块的系数。
11.如权利要求8所述的方法，其中，从设置为将被应用到至少一个画面单元的多个角度中确定预定角度α。
12.一种用于使用自适应系数扫描顺序对图像进行解码的设备，所述设备包括：
熵编码单元，从比特流获得关于用于确定将被解码的当前块的系数的扫描顺序的预定角度α的角度信息；
扫描单元，沿着与参考轴具有预定角度α的第二直线所垂直的第一直线，使用预定角度α将当前块的系数投影到水平轴和垂直轴中的参考轴，以基于投影到参考轴的投影的系数的布置顺序确定扫描顺序，并以确定的扫描顺序扫描得自比特流的当前块的系数。
13.如权利要求12所述的设备，其中，预定角度α的范围是从参考轴起的0度到90度。
14.如权利要求12所述的设备，其中，扫描单元从DC系数开始以投影到参考轴的系数在参考轴上被布置的布置顺序，依次扫描当前块的系数。
15.如权利要求12所述的设备，其中，从设置为将被应用到至少一个画面单元的多个角度中确定预定角度α。
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