矩阵编码方法与装置及解码方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种矩阵编码方法及装置与解码方法及装置。其中，一种编码方法包括：按照预设划分层数将矩阵进行分层，并将矩阵元素分组到不同分层中；根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理；对于层数小于或等于待编码层数的层，将该层对应的原始矩阵元素值和对应的矩阵元素预测值的残差数据作写入码流；对于层数大于待编码层数的层，在码流中不写入该层的编码数据；将待编码层数进行编码，并写入码流。本发明专利技术技术方案提高了对矩阵的压缩比，减少了传输矩阵所占用的码率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频编码技术，尤其涉及一种矩阵编码方法与装置及解码方法与装置。
技术介绍
在视频编码中，需要将图像块经过预测后的残差变换系数如离散余弦变换(Discrete Cosine Transform ;简称为:DCT)系数进行量化后再编码,其中每个变换块的每个频率系数位置的量化权重即为量化矩阵(Quantization matrix ;简称为:QM)。QM的尺寸与DCT变换块大小相等，例如32x32大小的DCT变换块需要对应32x32的QM。同时，不同的信号分量及图像块的不同的预测方式(帧内/帧间)也需要不同的QM。QM的元素为O 255的整数，一般对于低频的系数QM中的量化权重较小，对于高频系数，QM中量化权重较大。使用QM可以提升编码视频的图像主观质量。目前，在JPEG (联合图象专家组)，MPEGl (MPEG，运动图象专家组)，MPEG2，MPEG4等图象编码标准中，均采用量化矩阵实现提升编码图像主观质量，其中，在JPEG图象编码标准中是将QM放在图象头，而在MPEG1、MPEG2、MPEG4等图象编码标准中则是将QM放在序列头中；因此，对于序列图象而言，MPEG图象编码标准的QM是每个序列拥有一个，即针对同一序列采用同一个固定的QM实现针对图象的量化处理。图像序列中的图象内容并不是完全相同，即在同一个图象序列中各图象的细节各不相同，因此，如果对于整个序列的所有图象均采用同一个QM实现量化处理，显然无法达到最佳的量化编码后的图象主观质量。为此，在H.264/高级视频编码(Advanced VideoCoding ;简称为:AVC)中，在序列头和图象头都提供用户自定义的QM，以便于可以在图象级改变QM，以更好地符合视频序 列图象之间的内容变化比较大的特点。下面对目前编码标准中常用的几种具有代表性质的QM实现方法进行描述:(I) JPEG中的量化矩阵在JPEG标准中，只有8x8 —种DCT (离散余弦变换)的变换尺寸，因此量化矩阵大小也是8x8，共有64个量化系数，对于图象的亮度分量和色度分量采用不同的量化矩阵，JPEG的量化矩阵的所有系数值均放在图象头中，每幅图象只有一个亮度量化矩阵和色度量化矩阵。当在编解码端使用标准中默认预定义的量化矩阵，则量化矩阵就不需要在码流中传输。(2)MPEG2在MPEG2标准中，只有8x8 —种DCT变换尺寸，因此量化矩阵大小也是8x8，共有64个量化系数。对于编码图象分别采用帧内量化矩阵与帧间量化矩阵。MPEG2只允许每个序列中的所有图象只拥有一个帧内量化矩阵和一个帧间量化矩阵，所有的量化矩阵的64个系数值都是放在序列头。MPEG2也允许用户自定义量化矩阵，自定义的量化矩阵在序列扩展头中。由于是每个序列的量化矩阵不能更改，量化矩阵直接编码在码流中的负载不大。(3) H.264/AVC 标准在H.264/AVC标准中，有8x8和4x4两种DCT变换尺寸，因此也有与之对应的8x8和4x4两组量化矩阵。对8x8的量化矩阵，共64个系数对不同的频率分量进行量化的缩放；对4x4的矩阵，共16个系数对不同的频率分量进行量化的缩放。对于4x4的块和8x8的块都有与之对应的量化矩阵。因为在图象头语法中使用量化矩阵。目前，在H.264/AVC使用以下方法编码和在码流中传输QM:首先将QM扫描为一维，然后使用差分脉冲编码调制(Differential Pulse Code Modulation ;简称为:DPCM)进行调制，再使用变长码编码对调制后的数据进行编码后输出码流。该方法直接对QM进行无损压缩，但其压缩效率较低，QM编码比特所占用的码率仍较高。尤其是对较小图像尺寸的码流序列。因此为了限制量化矩阵在每帧编码图像码流中的负载，限制量化矩阵在图像头中使用只在H.264/AVC HighProfile标准中，用于高清图像编码。在高效视频编码(High Efficiency Video Coding ;简称为:HEVC)中，图像块的变换尺寸增加到4x4,8x8,16x16,32x32等多种变换尺寸，并且由于使用了较大的变换块，所以对应的QM也较大。如果不压缩或者采用H.264/AVC方法对QM编码，QM将占据较大码率，QM本身编码比特可占到码率的一半以上，甚至几倍。
技术实现思路
本专利技术提供一种矩阵编码方法及装置与解码方法及装置，用以提高量化矩阵的压缩率，降低传输量化矩阵时所占用的码率。本专利技术一个方面提供一种矩阵编码方法，包括:按照预设划分层数将矩阵进行分层，并将矩阵元素分组到不同分层中；根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理；如果当前层的层数小于或等于所述待编码层数，则根据当前层对应的原始矩阵元素值和当前层对应的矩阵元素预测值计算得到残差数据作为当前层的编码数据写入码流；如果当前层的层数大于所述待编码层数，在所述码流中不写入当前层的编码数据；其中，当前层对应的矩阵元素预测值是由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到的；将所述待编码层数进行编码，并写入所述码流。本专利技术一个方面提供一种矩阵解码方法，包括:从码流中解码出矩阵的编码层数；根据所述编码层数和从所述码流中解码出的所述矩阵中层数小于或等于所述编码层数的各层的编码数据，按照层次顺序依次得到层数小于或等于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值；由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值。本专利技术另一个方面提供一种矩阵编码方法，包括:根据矩阵集合中矩阵的大小，按照编码顺序依次对所述矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取所述矩阵的重建矩阵，并将所述矩阵的重建矩阵进行相应的采样处理得到采样矩阵；由当前矩阵的重建矩阵和当前矩阵得到第一误差，由按照所述编码顺序在当前矩阵之前已编码矩阵的重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵和当前矩阵得到第二误差；如果所述第一误差小于或等于所述第二误差，将当前矩阵的重建矩阵作为当前矩阵对应的编码重建矩阵，并将当前矩阵对应的编码结果写入码流；如果所述第一误差大于所述第二误差，将按照所述编码顺序在当前矩阵之前已编码矩阵的重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵作为当前矩阵对应的编码重建矩阵，并将当前矩阵对应的编码结果写入所述码流。本专利技术另一个方面提供一种矩阵解码方法，包括:确定矩阵集合对应的解码顺序和相应的采样方法；从码流中解码出标识当前矩阵是否使用采样矩阵的标识比特；如果所述标识比特标识当前矩阵使用采样矩阵，将由按照所述解码顺序在当前矩阵之前已解码矩阵的解码重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵，作为当前矩阵的解码重建矩阵；如果所述标识比特标识当前矩阵不使用采样矩阵，直接从所述码流中解码出当前矩阵的解码重建矩阵；按照所述解码顺序，依次解码出所述矩阵集合中所有矩阵的解码重建矩阵。本专利技术一个方面提供一种矩阵编码装置，包括:分层模块，用于按照预设划分层数将矩阵进行分层，并将矩阵元素分组到不同的分层中；编码处理模块，用于根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理；如果当前层的层数小于或等于所述待编码层数，则根据当前层对应的原始矩阵元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩阵编码方法，其特征在于，包括：按照预设划分层数将矩阵进行分层，并将矩阵元素分组到不同分层中；根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理；如果当前层的层数小于或等于所述待编码层数，则根据当前层对应的原始矩阵元素值和当前层对应的矩阵元素预测值计算得到的残差数据作为当前层的编码数据写入码流；如果当前层的层数大于所述待编码层数，在所述码流中不写入当前层的编码数据；其中，当前层对应的矩阵元素预测值是由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到的；将所述待编码层数进行编码，并写入所述码流。

【技术特征摘要】
1.一种矩阵编码方法，其特征在于，包括: 按照预设划分层数将矩阵进行分层，并将矩阵元素分组到不同分层中； 根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理； 如果当前层的层数小于或等于所述待编码层数，则根据当前层对应的原始矩阵元素值和当前层对应的矩阵元素预测值计算得到的残差数据作为当前层的编码数据写入码流； 如果当前层的层数大于所述待编码层数，在所述码流中不写入当前层的编码数据； 其中，当前层对应的矩阵元素预测值是由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到的； 将所述待编码层数进行编码，并写入所述码流。2.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理包括: 根据所述确定的待编码层数，按照先编码低层后编码高层的方式对矩阵元素进行分层编码。3.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述矩阵为量化矩阵、缩放矩阵、系数加权矩阵、量化矩阵经过变换后的变换域矩阵、缩放矩阵经过变换后的变换域矩阵、系数加权矩阵经过变换后的变换域矩阵、量化矩阵经过编码预测后的预测残差矩阵、缩放矩阵经过编码预测后的 预测残差矩阵或系数加权矩阵经过编码预测后的预测残差矩阵。4.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到当前层对应的矩阵元素预测值包括: 由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行均匀插值计算或者加权插值计算得到当前层对应的矩阵元素预测值。5.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到当前层对应的矩阵元素预测值包括: 按照先横向再纵向的插值顺序，由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到当前层对应的矩阵元素预测值；或者 按照先纵向再横向的插值顺序，由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到当前层对应的矩阵元素预测值。6.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，最低层对应的矩阵元素预测值为最低层对应的原始矩阵元素值，或者为一个或者一组预设默认值。7.根据权利要求1所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述待编码层数小于所述预设划分层数。8.根据权利要求1-7任一项所述的矩阵编码方法，其特征在于，还包括: 对所述预设划分层数和将所述矩阵进行分层的划分方法进行编码，并写入所述码流；或者 将所述预设划分层数在编码端预先约定，对将所述矩阵进行分层的划分方法进行编码并写入所述码流；或者 将所述预设划分层数和将所述矩阵进行分层的划分方法均在编码端预先预定； 所述划分方法为将所述矩阵的矩阵元素分组到不同分层中的分组方法。9.根据权利要求1-7任一项所述矩阵编码方法，其特征在于，所述根据当前层对应的原始矩阵元素值和当前层对应的矩阵元素预测值计算得到残差数据作为当前层的编码数据写入码流包括: 如果当前层的层数小于或等于设定的层数阈值，对所述当前层的编码数据进行变长码编码后写入所述码流； 如果当前层的层数大于所述层数阈值，对所述当前层的编码数据进行游程编码后写入所述码流。10.一种矩阵解码方法，其特征在于，包括: 从码流中解码出矩阵的编码层数； 根据所述编码层数和从所述码流中解码出的所述矩阵中层数小于或等于所述编码层数的各层的编码数据，按照层次顺序依次得到层数小于或等于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值； 由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素 重建值。11.根据权利要求10所述的矩阵解码方法，其特征在于，所述矩阵为量化矩阵、缩放矩阵、系数加权矩阵、量化矩阵经过变换后的变换域矩阵、缩放矩阵经过变换后的变换域矩阵、系数加权矩阵经过变换后的变换域矩阵、量化矩阵经过编码预测后的预测残差矩阵、缩放矩阵经过编码预测后的预测残差矩阵或系数加权矩阵经过编码预测后的预测残差矩阵。12.根据权利要求10所述的矩阵解码方法，其特征在于，由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值包括: 由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值进行均匀插值计算或加权插值计算，得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值。13.根据权利要求10所述的矩阵解码方法，其特征在于，由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值包括: 按照先横向再纵向的插值顺序，由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值；或者 按照先纵向再横向的插值顺序，由层数小于或等于所述编码层数的层对应的矩阵元素重建值计算得到层数大于所述编码层数的各层对应的矩阵元素重建值。14.根据权利要求10-13任一项所述的矩阵解码方法，其特征在于，还包括: 从所述码流中解码出所述矩阵的划分层数和相应的划分方法；或者 从所述码流中解码出所述划分方法；或者 从所述码流中解码出所述划分层数；所述划分方法为将所述矩阵的矩阵元素分组到不同分层中的分组方法。15.根据权利要求10-13任一项所述的矩阵解码方法，其特征在于，所述根据所述待编码层数，从所述码流中解码出所述矩阵中层数小于或等于所述编码层数的各层的编码数据包括: 如果解码到的当前层的层数小于或等于设定的层数阈值，对所述当前层对应的码流进行变长码解码，获取所述当前层的编码数据； 如果解码到的当前层的层数大于所述层数阈值，对所述当前层对应的码流进行游程码解码，获取所述当前层的编码数据。16.一种矩阵编码方法，其特征在于，包括: 根据矩阵集合中矩阵的大小，按照编码顺序依次对所述矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取所述矩阵的重建矩阵，并将所述矩阵的重建矩阵进行相应的采样处理得到采样矩阵； 由当前矩阵的重建矩阵和当前矩阵得到第一误差，由按照所述编码顺序在当前矩阵之前已编码矩阵的重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵和当前矩阵得到第二误差； 如果所述第一误差小于或等于所述第二误差，将当前矩阵的重建矩阵作为当前矩阵对应的编码重建矩阵，并将当前矩阵对应的编码结果写入码流； 如果所述第一误差大于所述第二误差，将按照所述编码顺序在当前矩阵之前已编码矩阵的重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵作为当前矩阵对应的编码重建矩阵，并将当前矩阵对应的编码结果写入所述码流。17.根据权利要求16所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述根据矩阵集合中待编码矩阵的大小，按照编码顺序依次对矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取待编码矩阵的重建矩阵，并将所述待编码矩阵的重建矩阵进行相应的采样处理得到采样矩阵包括: 按照矩阵由小到大的顺序，对所述矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取所述矩阵的重建矩阵，并对所述矩阵的重建矩阵进行上采样得到采样矩阵，其中最小矩阵的编码重建矩阵为最小矩阵的重建矩阵；或者 按照矩阵由大到小的顺序，对所述矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取所述矩阵的重建矩阵，并对所述矩阵的重建矩阵进行下采样得到采样矩阵，其中最大矩阵的编码重建矩阵为最大矩阵的重建矩阵。18.根据权利要求16或17所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述对矩阵集合中的矩阵进行编码预测，获取所述矩阵的重建矩阵包括: 按照预设划分层数将所述矩阵进行分层，并将所述矩阵中的矩阵元素分组到不同分层中； 根据确定的待编码层数，按照层次顺序依次对待编码的每层中的矩阵元素进行编码处理； 如果当前层的层数小于或等于所述待编码层数，则将当前层对应的原始矩阵元素值作为当前层对应的矩阵元素重建值； 如果当前层的层数大于所述待编码层数，将当前层对应的矩阵元素预测值作为当前层对应的矩阵元素重建值； 其中， 当前层对应的矩阵元素预测值是由所述矩阵当前层之前已编码层中和当前层中已编码矩阵元素的矩阵元素重建值或者矩阵元素预测值进行插值计算得到的。19.根据权利要求18所述的矩阵编码方法，其特征在于， 如果所述第一误差大于或等于所述第二误差，所述将当前矩阵对应的编码结果写入码流包括: 在所述码流中写入标识当前矩阵是否使用采样矩阵的标识比特，所述标识比特标识当前矩阵不使用采样矩阵，并将当前矩阵中层数小于或等于所述待编码层数的各层对应的矩阵元素重建值和层数小于或等于所述待编码层数的各层对应的矩阵元素预测值计算得到的残差数据作为层数小于或等于所述待编码层数的各层的编码数据写入所述码流，且不在所述码流中写入当前矩阵中层数大于所述待编码层数的各层的编码数据，同时将所述待编码层数写入所述码流； 如果所述第一误差大于所述第二误差，所述将当前矩阵对应的编码结果写入所述码流包括: 在所述码流中写入标识将当前矩阵是否使用采样矩阵的标识比特，所述标识比特标识当前矩阵使用采样矩阵，且不在所述码流中写入当前矩阵对应的编码数据。20.根据权利要求19所述的矩阵编码方法，其特征在于，所述将当前矩阵中层数小于或等于所述待编码层数的各层对应的矩阵元素重建值和所述各层对应的矩阵元素预测值计算得到的残差数据作为层数小于或等于所述待编码层数的各层的编码数据写入所述码流包括: 对于层数小于或等于所述待编码层数的各层，如果层数小于或等于设定的层数阈值，对层数小于或等于所述待编码层数的各层的编码数据进行变长码编码后写入所述码流； 对于层数小于或等于所述待编码层数的各层，如果层数大于所述层数阈值，对层数小于或等于所述待编码层数的 各层的编码数据进行游程编码后写入所述码流。21.根据权利要求16或17所述的矩阵编码方法，其特征在于，还包括: 在同时存在由帧内/帧间、亮度/色度组合出的多个矩阵集合时，在矩阵的大小相同时，按照先帧内后帧间、先亮度后色度的顺序，依次对多个矩阵集合中的矩阵进行编码处理。22.根据权利要求16或17所述的矩阵编码方法，其特征在于，还包括: 预先约定所述编码顺序和所使用的采样方法；或者， 在所述码流中写入标识所述编码顺序和所使用的采样方法的标识比特。23.一种矩阵解码方法，其特征在于，包括: 确定矩阵集合对应的解码顺序和相应的采样方法； 从码流中解码出标识当前矩阵是否使用采样矩阵的标识比特； 如果所述标识比特标识当前矩阵使用采样矩阵，将由按照所述解码顺序在当前矩阵之前已解码矩阵的解码重建矩阵进行采样处理得到的采样矩阵，作为当前矩阵的解码重建矩阵； 如果所述标识比特标识当前矩阵不使用采样矩阵，直接从所述码流中解码出当前矩阵的解码重建矩阵； 按照所述解码顺序，依次解码出所述矩阵集合中所有矩阵的解码重建矩阵。24.根据权利要求23所述的矩阵解码方法，其特征在于，所述确定矩阵集合对应的解码顺序和相应的采样方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云飞，郑建铧，郑萧桢，何芸，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：