分层信号质量层级中的信号处理和继承制造技术

技术编号:10210609 阅读:127 留言:0更新日期:2014-07-12 15:45
一种信号处理器被配置成在包括多个质量水平的层级中对信号进行编码。信号处理器产生针对至少第一质量水平的信号的再现。信号处理器生成各组重构信号,其指定如何将处于第一质量水平的信号的再现转换成处于层级中的第二(较高)质量水平的信号的再现,潜在地利用可用参考信号。根据一个布置,信号处理器利用熵编码器来对重构数据进行编码。基于每组重构数据中一个或多个符号的概率分布信息且基于从先前质量水平继承的概率分布信息和/或其他编码参数,熵编码器将重构数据编码成已编码值或位串。使用概率分布信息,熵解码器将已编码值或位串转换回到重构数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分层信号质量层级中的信号处理和继承
技术介绍
CPU (中央处理单元)效率在信号的编码和解码期间都很重要。最近一代的处理器正在变得越来越并行,其中在每个单个芯片上达到几百个简单核心。不幸的是,本质上,传统MPEG (运动图像专家组)系列编解码器在结构上是非并行的。这源自于下述事实:其是基于块的,并且必须顺序地对每个图像块进行编码和解码,这是因为为了实现高效的压缩,必须使得所有块以某种方式相互依赖。经由所谓的“切片”(基本上,被相互独立地处理的图像片段,如同其是一个接一个地放置的单独视频一样)到MPEG编码中的引入,H.264标准允许几个线程(通常是2或3个线程)的并行处理。诸如去块(de-blocking)之类的重要算法元素(即,使块之间的过渡“平滑”以创建更均匀图像的滤波器)通常是充满条件指令的全局运算,这不适合于包括并行CPU的应用。现今的CPU和GPU (图形处理单元)通常是非常强大的;单个GPU能够包括数百个计算核心以执行信息的并行处理。当使用当前技术时,能够将图像的较大部分存储在处理器高速缓存中以用于处理。将图像分裂成大量的小块的需要不再适用于现代CPU和GPU,其为创建MPEG时的驱动因素,因为来自那个时代的处理器每次可能仅处理非常小的视频数据块,并且然后仅顺序地进行处理。因此,当实现类似于MPEG的类型的编码/解码时,大部分的可用处理能力可能变得不可使用,其中分块伪迹被不必要地引入到信号中。并且,与当开发MPEG时盛行的内容相比 ,现代应用通常要求高得多的定义视频编码和高得多的总体重放质量。在高清晰度(HD)、高质量视频中,在具有低细节(潜在地甚至失焦)的区域与具有非常细微的细节的区域之间存在大得多的差异。这使得诸如在MPEG中使用的那些变换之类的频域变换的使用甚至更加不适合于图像处理和重放,因为相关频率的范围正在变得宽得多。另外,较高分辨率图像包括较高量的摄像机噪声和/或胶片颗粒,即对于观察而言可能相当不相关且要求许多位以进行编码的非常详细的高频像素过渡。最后,传统编解码器不适合于高效地执行3D或体积成像,其在诸如医学成像、科学成像等领域中正在变得越来越重要。大多数目标设备现今支持不同的重放分辨率和质量。所谓的SVC (可扩缩视频编码)(可扩缩性的当前MPEG标准)尚未被行业有利地接收,并显示出极少到不存在的采用率,因为其被认为过于复杂且有点带宽低效。此外,已编码视频是大量的;即,内容提供商通常没有时间利用每个特定视频流对编码器参数和实验进行定制。当前,内容提供商不喜欢必须手动地对许多编码参数进行调节(tweak)(每当执行编码并检验结果的质量时)以便成功地对视频进行编码。作为编码/解码的MPEG标准的替换,所谓的图像金字塔已被用于编码/解码目的。例如,使用拉普拉斯金字塔,常规系统已使用高斯滤波器且然后构建通过利用刚性编程的解码器从较低分辨率水平向上采样回到原始水平而获得的图像之间的差异的金字塔,来创建较低分辨率图像。常规拉普拉斯金字塔编码的使用已被放弃。这种变换的一个缺点是创作者尝试避免向下采样图像中的失真/伪迹,因此其始终使用高斯滤波,因为其是不添加其自身的任何信息的唯一类型的滤波器。然而,高斯滤波存在的不能克服的问题是:其引入了模糊效应,使得当上扩回到较高分辨率时,需要过度量的图像校正信息以再现原始图像。换言之,利用常规滤波器进行的向上采样导致重构图像中的锯齿状或模糊边缘。该锯齿状或模糊边缘需要使用相当大量的残余数据而校正,使得这种编码技术对于在较高分辨率应用中使用而言是不期望的。任何信号编码器的重要组分中的一个是当前称为“熵编码”的操作。在实践中,一旦利用无损或有损方法执行了编码操作和变换,则残余内容(即,不能从已经在解码器处可用的数据(诸如视频数据中的前一帧)导出的新信息)本质上是如果可能的话必须在没有任何进一步损耗或近似的情况下且以最少可能量的位发射的数字串。能够通过其以最少可能量的位发射数字串的无损数据压缩方案通常被称为熵编码。数字/符号串中的熵的概念涉及到数字/符号串所包含的固有量的信息:由于并非串中的所有数字/符号都是不同的,因此串包含被频繁重复的少数符号(理想地,仅一个)越多,则对串进行编码所必需的位越少。在文献中存在用于熵编码的多种方法。精密熵编码器(诸如CABAC,在H.264的情况下引入的上下文自适应熵编码器)能够以很大计算复杂度为代价达到优异的结果,而其他熵编码器(诸如,被称为范围编码的技术)仅当与适当的参数一起使用时才能达到类似的结果。一般地,熵编码器仅如其对要编码的串中的符号频率的(即,解码器必须以某种方式从编码器得到的符号的概率分布的)估计那样高效。由于MPEG系列编解码器是基于块的(即,其在多个块中划分信号并本质上单独地对每个块进行分析/编码),因此理想地,其将需要针对每个单个块的残余内容的单独概率分布:这在给定非常高数目的块的情况下当然将是不切实际的,因此,其使用标准概率分布(并非针对特定帧而定制的,并且因此在数据压缩方面较不高效)或像CABAC之类的自适应方案(更高效,但非常复杂)。本文中的方法和实施例表示用于以低计算复杂度实现高效的熵编码结果的创新方法。
技术实现思路
本文中的实施例相对于用于在分层信号质量层级中产生已压缩、已编码数据的常规系统和方法偏离。例如,本文中的某些实施例涉及基于标准熵编码技术在层级中产生已编码重构数据的独特方式。为了压缩的效率和实现的简单起见,本专利申请描述了利用范围编码技术的实施例,虽然在本文中涵盖的方法也能够与若干其他类型的熵编码器一起应用。更具体地,本文中的一个实施例包括被配置成在包括多个质量水平的层级中对信号进行编码的信号处理器。为此,该信号处理器产生针对至少第一质量水平的信号的再现。该信号处理器生成各组重构数据,其指定如何将处于第一质量水平的信号的再现转换成处于层级中的第二 (较高)质量水平的信号的再现。例如,根据某些方法,各组重构数据指定对能够从前一(较低)质量水平自动地导出(“继承”)的数据和信号再现进行校正、结合和补充所必需的所有信息。信号处理器然后利用诸如范围编码器之类的熵编码器来对每组重构数据进行编码。每组重构数据的编码能够包括产生表示正在编码的重构数据的范围值(位串)。根据其他实施例,请注意,在编码之前,能够将信号处理器配置成分析每组重构数据,以产生指示一些或所有符号在重构数据中的概率分布的概率分布信息。指示一个或多个符号在重构数据中的概率的概率分布信息使所选熵编码器(例如,以非限制性示例的方式,范围编码、霍夫曼(Huffman)编码、基于表格的VLC/可变长度编码、行程(run_length)编码等)能够将重构数据编码成适当的位串(例如,范围值)。在创建范围值之后,编码器存储范围值和概率分布信息,以用于范围值回到重构数据的后续解码。熵编码能够表示一组或多组不同类型的重构数据中的任一组,诸如向上采样操作的参数、量化阈值、要在从较低质量水平向上采样之后应用的残余数据、要在已知参考信号图像的运动补偿之后应用的残余数据、对被用于运动补偿的密集运动图中的运动矢量的调整、运动区、关于噪声的谱信息、元数据等。针对每组重构数据,诸如(一个或多个)范围解码器之类的一个或多个熵解码器资源至少部分地基于每本文档来自技高网
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分层信号质量层级中的信号处理和继承

【技术保护点】
一种在包括多个质量水平的层级中对信号进行编码的方法,该方法包括:产生处于第一质量水平的信号再现;生成至少一组重构数据,该至少一组重构数据指定如何基于处于第一质量水平的信号再现和/或可用参考信号、以层级中的第二质量水平重构信号再现,第二质量水平高于第一质量水平;以及 利用熵编码器来对不同组重构数据进行编码,该熵编码器针对每一组产生表示被包含在重构数据中的符号的已编码值或位串。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.21 US 13/188,2261.一种在包括多个质量水平的层级中对信号进行编码的方法,该方法包括: 产生处于第一质量水平的信号再现; 生成至少一组重构数据,该至少一组重构数据指定如何基于处于第一质量水平的信号再现和/或可用参考信号、以层级中的第二质量水平重构信号再现,第二质量水平高于第一质量水平;以及 利用熵编码器来对不同组重构数据进行编码,该熵编码器针对每一组产生表示被包含在重构数据中的符号的已编码值或位串。2.如权利要求1所述的方法,其中,利用熵编码器包括: 分析每组重构数据以产生具有概率分布信息的一个或多个解码参数,该概率分布信息指示该组重构数据所使用的符号的字母表中至少一个符号的概率;以及 存储已编码值或位串和概率分布信息,以用于已编码值或位串回到重构数据的后续解码。3.如权利要求2所述的方法,还包括: 实现熵解码器以针对每组重构数据将已编码值或位串和概率分布信息解码成重构数据;以及 利用由解码器产生的各组重构数据,以基于处于第一质量水平的信号再现和/或可用参考信号来以第二质量水平重构该信号再现。4.如权利要求1所述的方法,其中,各组重构数据中的一个包括指示要在将处于第一质量水平的信号再现向上采样至处于第二质量水平的信号再现之后进行的调整的残余数据;并且其中,利用熵编码器包括产生要被各熵解码器用来对残余数据中多个符号的概率分布进行外推的至少一个解码参数。5.如权利要求2所述的方法,其中,所述至少一个解码参数包括第一参数和附加参数,该第一参数指定重构数据中被分配有第一符号的元素的百分比,该附加参数指示重构数据中多个附加符号的概率。6.如权利要求2所述的方法,其中,所述至少一个解码参数包括第一参数和第二参数,该第一参数指定重构数据中被分配有第一符号的元素的百分比,该第二参数向解码器指示如何对重构数据中多个其他符号的概率分布值进行外推。7.如权利要求2所述的方法,其中,所述至少一个解码参数包括指示重构数据中第一符号的概率的仅单个参数,熵解码器基于对将已编码值或位串转换回到重构数据的熵解码器来说已知的预定组的标准参数对多个其他符号的概率分布进行外推。8.如权利要求1所述的方法,其中,针对一组或多组重构数据,利用熵编码器包括: 将每组重构数据解析成重构数据的多个群组; 利用熵编码器来产生存在于多个群组中的每一个中的符号的各概率分布信息;以及 利用熵编码器以基于用于群组的各概率分布信息将每组重构数据的多个群组编码成已编码值或位串。9.如权利要求8所述的方法,其中,重构数据的所述多个群组中的每一个是相对于信号的特定部分的残余数据元素的瓦片,残余数据元素中的每一个指示要在信号从第一质量水平到第二质量水平的向上采样之后对信号的对应元素进行的调整,该方法还包括: 发起多个熵解码器的并行执行,以针对每个群组使用特定已编码值或位串和概率分布值来再现重构数据的多个群组。10.如权利要求1所述的方法,其中,所述重构数据是各组重构数据的第一阵列,该方法还包括: 生成各组重构数据的第二阵列,各组重构数据的第二阵列指定如何基于处于第二质量水平的信号再现来以层级中的第三质量水平重构信号再现,第三质量水平高于第二质量水平;以及 分析第二阵列的每组重构数据以基于概率分布信息来产生一个或多个解码参数,该概率分布信息指示该组重构数据所使用的符号的字母表中的至少一个符号的概率;以及 利用熵编码器来对各组重构数据的第二阵列进行编码,该熵编码器针对每组重构数据基于针对该组产生的概率分布信息来产生表示数据的已编码值或位串。11.如权利要求1所述的方法,其中,所述重构数据是各组重构数据的第一阵列,该方法还包括: 生成各组重构数据的第二阵列,各组重构数据的第二阵列指定如何基于处于第二质量水平的信号再现和/或可用参考信号、以层级中的第三质量水平重构信号再现,第三质量水平高于第二质量水平;以及 利用熵编码器来对各组重构数据的第二阵列进行编码,该熵编码器针对每组重构数据基于各组重构数据的第一阵列中的对应数据组的概率分布信息来产生表示数据的已编码值或位串。12.如权利要求1所述的方法,其中,所述重构数据是各组重构数据的第一阵列,该方法还包括: 接收针对各组重构数据的第二阵列的已编码值或位串,各组重构数据的阵列指示如何基于处于第二质量水平的信号再现和/或可用参考信号来以第三质量水平重构信号再现,第三质量水平高于第二质量水平; 接收解码参数并识别第二阵列的每组重构数据中符号的概率分布;以及 利用所识别的概率分布来将针对各组重构数据的第二阵列的已编码值或位串解码成各组重构数据的第二阵列。13.如权利要求12所述的方法,还包括: 接收表示各组重构数据的第二阵列的已编码值或位串;以及 针对每组重构数据,响应于检测到熵编码器未发送用于一组或多组数据的概率分布信息或者熵编码器...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢卡·罗萨托圭多·梅亚尔迪
申请(专利权)人:卢卡·罗萨托圭多·梅亚尔迪
类型:发明
国别省市:意大利;IT

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