一种图像的编码、解码方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种图像的编码、解码方法和装置，涉及图像处理领域，提供了一种图像的无损压缩方式，用以减少编码芯片与外部存储器之间传输参考帧所需的带宽。在本发明专利技术实施例中，计算各编码块中的每个像素的预测残差值；根据各编码块中的每个像素的预测残差值的集合，生成该编码单元的残差图像；将生成的残差图像划分为N个层图像；采用不同编码模式分别对各层图像进行预测，获取各层图像在不同编码模式下的预测码流长度；采用取值最小的预测码流长度所对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；将首部信息封装到该编码单元的码流中；从而解决了上述问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像的编码、解码方法和装置。
技术介绍
随着技术的进步和消费者对更高品质生活的追求，高分辨率、高帧率等要求将贯穿视频图像编解码应用的所有场合。目前，图像分辨率一般高达720P到1080P，甚至更高；帧率一般从30帧/秒向60帧/秒、120帧/秒、甚至240帧/秒的应用场景升级。对H.264和高性能视频编码(HighEfficiencyVideoCoding，HEVC)等视频编码标准而言，每编码或解码一帧图像，需要从DRAM(DynamicRandomAccessMemory，动态随机存取存储器)等片外存储器中至少读一帧的参考图像(也可称为参考帧)到编码芯片。所以，图像分辨率和帧率的提高、多帧参考等编码工具的应用，将对编码或解码模块和片外存储器之间的传输带宽提出严峻的挑战，同时，编解码核心模块和片外存储器之间的数据吞吐也将引起系统功耗的上升。为了解决编解码芯片由片外存储器存取参考帧时所需的大带宽，以及由此引起的功耗问题，参考帧压缩技术应运而生。目前，编码端和解码端将重建的参考图像输出存放到片外存储器之前，以无损压缩的方式减少表示参考图像所需的数据量，将压缩后的参考帧保存到存储器。由于压缩以后的图像，其数据量将小于原始参考图像，所以参考帧压缩技术以花费在无损压缩和解压缩过程中的计算代价，换取编解码芯片和存储器之间传输带宽的减小，以及系统功耗的下降。在现有技术中的参考帧压缩和解压缩(也可理解为编解码过程)过程中，以差分脉码调制为基础，以一个8×4的亮度分量编码块和对应的两个色度分量编码块为一个编码单元，将四个这样的编码单元组合成一个组，并通过内存映射的方式提高组级的随机访问能力。可见，现有技术中的图像压缩方法是利用邻域像素所存在的相关性，以减少帧内冗余信息。然而，该方法获得的压缩比有限，在对较高分辨率的参考帧进行压缩时，压缩效果不明显。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种图像的编码、解码方法和装置，提供了一种图像的无损压缩方式，用以提高图像压缩比例，进而减少编码芯片与外部存储器之间传输参考帧所需的带宽。本专利技术实施例提供了一种图像的编码方法，该方法包括：获取待处理视频帧，根据所述待处理视频帧的视频采样格式，将所述待处理视频帧划分为由若干个编码块构成的编码单元；对于所述待处理视频帧中的各编码单元，分别执行如下编码操作：对该编码单元中的各编码块进行块内预测，分别计算各编码块中的每个像素的预测残差值；根据所述各编码块中的每个像素的预测残差值的集合，生成该编码单元的残差图像；按照预设规则，将生成的残差图像划分为N个层图像；采用不同编码模式分别对各层图像进行预测，获取所述各层图像在不同编码模式下的预测码流长度；根据所述各层图像的原始码流长度和在不同编码模式下的预测码流长度，判断是否需要对该层图像进行编码，如果需要，采用取值最小的预测码流长度所对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；如果不需要，则不对该层图像进行压缩编码并封装该层图像的原始码流；将用于表示该编码单元中的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中处于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息，封装到该编码单元的码流中。相应的，本专利技术实施例还提供一种图像的编码装置，该装置包括：一种图像的编码装置，该编码装置包括：第一获取模块，用于获取待处理视频帧，根据所述待处理视频帧的视频采样格式，将所述待处理视频帧划分为由若干个编码块构成的编码单元；编码模块，用于对于所述待处理视频帧中的各编码单元，分别执行如下编码操作：对该编码单元中的各编码块进行块内预测，分别计算各编码块中的每个像素的预测残差值；根据所述各编码块中的每个像素的预测残差值的集合，生成该编码单元的残差图像；按照预设规则，将生成的残差图像划分为N个层图像；采用不同编码模式分别对各层图像进行预测，获取所述各层图像在不同编码模式下的预测码流长度；根据所述各层图像的原始码流长度和在不同编码模式下的预测码流长度，判断是否需要对该层图像进行编码，如果需要，采用取值最小的预测码流长度所对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；如果不需要，则不对该层图像进行压缩编码并封装该层图像的原始码流；封装模块，用于将用于表示该编码单元中的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中处于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息，封装到该编码单元的码流中。从上述技术方案可以看出，本专利技术实施例可以针对编码单元中的预测残差分布情况，将残差图像划分为N个层图像，由于不同的层图像具有不同的数据分布特点，因此本专利技术实施例可以采用不同的编码模式分别对不同层图像进行编码，也就是说，在编码过程中，针对不同的层图像，可以采用预测码流长度最小的编码模式，分别进行编码，从而使每个层图像能够获得最佳的压缩比，这样，提高了图像压缩的针对性，进一步提高了图像压缩效果，进而减少编码芯片与外部存储器之间传输参考帧所需的带宽。本专利技术实施例提供一种图像的解码方法，该解码方法包括：获取待处理视频帧中各编码单元的码流；对各编码单元的码流，分别执行如下解码操作：读取该码流中的用于表示该编码单元中的N个层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息；根据所述首部信息中的各层图像的编码方式和码流长度，依次在该码流中解码出各层图像；利用解码出的各层图像，按照预设层图像排列顺序，重建该编码单元的残差图像；并利用所述首部信息中的该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值、预设参数以及所述残差图像中所包含的每个像素的预测残差值，还原出该编码单元的原始图像。相应的，本专利技术实施例还提供一种图像的解码装置，该装置包括：第二获取模块，用于获取待处理视频帧中各编码单元的码流；解码模块，用于对各编码单元的码流，分别执行如下解码操作：读取该码流中的用于表示该编码单元中的N个层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息；根据所述首部信息中的各层图像的编码方式和码流长度，依次在该码流中解码出各层图像；利用解码出的各层图像，按照预设层图像排列顺序，重建该编码单元的残差图像；并利用所述首部信息中的该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值、预设参数以及所述残差图像中所包含的每个像素的预测残差值，还原出该编码单元的原始图像。从上述技术方案可以看出，由于本专利技术实施例在编码过程中可以针对编码单元中的预测残差分布情况，将残差图像划分为N个层图像，由于待解码的各层图像的码流可能采用了不同的编码模式，因此在解码过程中，本专利技术实施例可以首先提取在编码时封装到码流中的首部信息，然后利用首部信息中携带的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中位于指定位置的亮度分量像素值等信息，逐一定位并根据各自的编码模式解码获取到的码流，从而还原出该编码单元的原始图像。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的编码方法的流程示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像的编码方法，其特征在于，该编码方法包括：获取待处理视频帧，根据所述待处理视频帧的视频采样格式，将所述待处理视频帧划分为由若干个编码块构成的编码单元；对于所述待处理视频帧中的各编码单元，分别执行如下编码操作：对该编码单元中的各编码块进行块内预测，分别计算各编码块中的每个像素的预测残差值；根据所述各编码块中的每个像素的预测残差值的集合，生成该编码单元的残差图像；按照预设规则，将生成的残差图像划分为N个层图像；采用不同编码模式分别对各层图像进行预测，获取所述各层图像在不同编码模式下的预测码流长度；根据所述各层图像的原始码流长度和在不同编码模式下的预测码流长度，判断是否需要对该层图像进行编码，如果需要，采用取值最小的预测码流长度所对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；如果不需要，则不对该层图像进行压缩编码并封装该层图像的原始码流；将用于表示该编码单元中的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中处于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息，封装到该编码单元的码流中。

【技术特征摘要】
1.一种图像的编码方法，其特征在于，该编码方法包括：获取待处理视频帧，根据所述待处理视频帧的视频采样格式，将所述待处理视频帧划分为由若干个编码块构成的编码单元；对于所述待处理视频帧中的各编码单元，分别执行如下编码操作：对该编码单元中的各编码块进行块内预测，分别计算各编码块中的每个像素的预测残差值；根据所述各编码块中的每个像素的预测残差值的集合，生成该编码单元的残差图像；按照预设规则，将生成的残差图像划分为N个层图像；采用不同编码模式分别对各层图像进行预测，获取所述各层图像在不同编码模式下的预测码流长度；根据所述各层图像的原始码流长度和在不同编码模式下的预测码流长度，判断是否需要对该层图像进行编码，如果需要，采用取值最小的预测码流长度所对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；如果不需要，则不对该层图像进行压缩编码并封装该层图像的原始码流；将用于表示该编码单元中的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中处于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息，封装到该编码单元的码流中。2.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述判断是否需要对该层图像进行编码，包括：判断该层图像的预测码流长度中是否存在至少一个预测码流长度小于该层图像的原始码流长度，如果是，则利用取值最小的预测码流长度对应的编码模式对该层图像进行编码并封装该层图像的编码后的码流；如果该层图像的预测码流长度均大于或等于该层图像的原始码流长度，则不对该层图像进行压缩编码并封装该层图像的原始码流。3.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述编码单元由亮度分量编码块、第一色度分量编码块和第二色度分量编码块构成；所述计算各编码块中的每个像素的预测残差值，具体为：对所述一个亮度分量编码块和两个色度分量编码块中的每个像素分别进行块内预测，根据各像素与相邻像素的差异程度，分别计算出每个像素的亮度预测残差值、第一色度预测残差值和第二色度预测残差值；所述生成该编码单元的残差图像，具体为：将所有像素的亮度预测残差值、第一色度预测残差值和第二色度预测残差值，按照预设顺序依次排列，将由已排列的亮度预测残差值、第一色度预测残差值和第二色度预测残差值的组成的集合作为该编码单元的残差图像。4.如权利要求3所述的编码方法，其特征在于，所述计算出每个像素的亮度预测残差值，具体为：对于亮度分量编码块中的位于第一行第一列的像素，将该像素的亮度分量像素值作为该像素的亮度预测残差值；对于所述亮度分量编码块中的第一行中除位于第一行第一列的像素以外的任意前后相邻两像素，将后一像素的亮度分量像素值与前一像素的亮度分量像素值之间的差值作为所述后一像素的亮度预测残差值；对于所述亮度分量编码块中的第一列中除位于第一行第一列的像素以外的任意上下相邻两像素，将下一像素的亮度分量像素值与上一像素的亮度分量像素值之间的差值作为所述下一像素的亮度预测残差值；对于所述亮度分量编码块中除位于第一行和第一列以外的任一像素，将该像素的亮度分量像素值与若干个相邻像素的亮度分量平均值之间的差值作为该像素的亮度预测残差值。5.如权利要求3所述的编码方法，其特征在于，所述计算每个像素的第一色度预测残差值，具体为：对于第一色度分量编码块中的位于第一行第一列的像素，将该像素的第一色度分量像素值与预设第一色度分量预测值之间的差值作为该像素的第一色度预测残差值；对于第一色度分量编码块中的第一行中除位于第一行第一列的像素以外
\t的任意前后相邻两像素，将后一像素的第一色度分量像素值与前一像素的第一色度分量像素值之间的差值作为所述后一像素的第一色度预测残差值；对于第一色度分量编码块中的第一列中除位于第一行第一列的像素以外的任意上下相邻两像素，将下一像素的第一色度分量像素值与上一像素的第一色度分量像素值之间的差值作为所述下一像素的第一色度预测残差值；对于所述第一色度分量编码块中除位于第一行和第一列以外的任一像素，将该像素的第一色度分量像素值与若干个相邻像素的第一色度分量平均值之间的差值作为该像素的第一色度预测残差值。6.如权利要求3所述的编码方法，其特征在于，所述计算每个像素的第二色度预测残差值，具体为：对于第二色度分量编码块中的位于第一行第一列的像素，将该像素的第二色度分量像素值与预设第二色度分量预测值之间的差值作为该像素的第二色度预测残差值；对于第二色度分量编码块中的第一行中除位于第一行第一列的像素以外的任意前后相邻两像素，将后一像素的第二色度分量像素值与前一像素的第二色度分量像素值之间的差值作为所述后一像素的第二色度预测残差值；对于第二色度分量编码块中的第一列中除位于第一行第一列的像素以外的任意上下相邻两像素，将下一像素的第二色度分量像素值与上一像素的第二色度分量像素值之间的差值作为所述下一像素的第二色度预测残差值；对于所述第二色度分量编码块中除位于第一行和第一列以外的任一像素，将该像素的第二色度分量像素值与若干个相邻像素的第二色度分量平均值之间的差值作为该像素的第二色度预测残差值。7.如权利要求4-6中任一项所述的编码方法，其特征在于，所述将用于表示该编码单元中的各层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中处于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息，封装到该编码单元的码流中，具体为：将用于表示该编码单元是否经过编码处理的编码方案信息、该编码单元中的各层图像的码流长度、各层图像的编码模式和该编码单元中位于第一行第一列的像素的亮度分量像素值，作为该编码单元的首部信息封装到该编码单元的码流中。8.如权利要求1-6中任一项所述的编码方法，其特征在于，通过如下方式将生成的残差图像划分为N个层图像：将所述残差图像中的每个预测残差值依次映射为处于指定区间范围内的非负整数；将所有映射后的预测残差值分别转换为位数相同的二进制数；对所述二进制数，按照由低位至高位或者由高位至低位的顺序，将连续的预设位数的二进制数，划分为属于同一个层图像的二进制数的集合。9.一种图像的解码方法，其特征在于，该解码方法包括：获取待处理视频帧中各编码单元的码流；对各编码单元的码流，分别执行如下解码操作：读取该码流中的用于表示该编码单元中的N个层图像的编码方式、码流长度和该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值的首部信息；根据所述首部信息中的各层图像的编码方式和码流长度，依次在该码流中解码出各层图像；利用解码出的各层图像，按照预设层图像排列顺序，重建该编码单元的残差图像；并利用所述首部信息中的该编码单元中位于指定位置的像素的亮度分量像素值、预设参数以及所述残差图像中所包含的每个像素的预测残差值，还原出该编码单元的原始图像。10.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，所述首部信息中具体包括：用于表示该编码单元是否经过编码处理的编码方案信息、该编码单元中的各层图像的码流长度、各层图像的编码模式和该编码单元中位于第一行第一列的像素的亮度分量像素值。11.如权利要求10所述的解码方法，其特征在于，所述还原出该编码单
\t元的原始图像，包括：利用所述首部信息中该编码单元中的位于第一行第一列的像素的亮度分量像素值、预设第一色度分量预测值、预设第二色度分量预测值和所述残差图像中所包含的每个像素的预测残差值，还原出该编码单元的原始图像。12.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，所述利用解码出的各层图像，重建该编码单元的残差图像，包括：对于该编码单元中的每个层图像，分别执行如下操作：将该层图像中的每个像素的像素值与该层图像的权重值进行加权运算处理，将处理后的各像素值依次逆映射为处于指定区间范围内的整数，将逆映射后的整数的集合作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆金刚，陈卫刚，姚卫忠，张兴明，
申请(专利权)人：浙江大华技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33