对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法.pdf

《对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法.pdf（10页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010493939.1 (22)申请日 2020.06.03 (71)申请人 同济大学 地址 200000 上海市杨浦区四平路1239号 (72)发明人 林涛周青阳周开伦焦孟草 叶子高王淑慧 (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 31227 代理人 季申清王一琦 (51)Int.Cl. H04N 19/20(2014.01) H04N 19/42(2014.01) H04N 19/44(2014.01) H04N 19/50(2014.01) (54)发明。

2、名称 对分量下采样格式数据进行串预测的数据 编码和解码方法 (57)摘要 本发明涉及对分量下采样格式数据进行串 预测的数据编码和解码方法， 预先在与一个次分 量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分 量正元素作为与所述次分量元素对应的唯一正 规的主分量元素， 从而建立起主分量数据集的一 个由主分量正元素组成的指定正子集与次分量 数据集之间的一一对应关系。 在对分量下采样格 式数据进行串预测编码和串预测解码时， 根据所 述一一对应关系， 从主分量的当前串的正元素导 出次分量的当前串， 次分量的当前串的参考串则 由与主分量的当前串的正元素的参考元素对应 的次分量元素组成， 不需要额外的次分量的位置。

3、 关系参数和长度参数， 从而提高分量下采样格式 数据的串预测的编码效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 111757117 A 2020.10.09 CN 111757117 A 1.对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 解码方法 至少包括如下步骤： B1、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为与所述 次分量元素对应的唯一正规的主分量元素， 从而建立起主分量数据集的一个由所述主分量 正元素组成的指定主子集与次分量数据集之间的一一对应关系； B2、 解析压缩数据码流， 至少获取表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参数和/ 。

4、或不可预测主分量的部分或全部信息并进而至少生成主分量串的位置关系参数和/或串长 度参数和/或不可预测主分量； B3、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 解析压缩数据码流， 至少获取表示与所 述不可预测主分量对应的不可预测次分量的部分或全部信息并进而至少生成所述不可预 测次分量； B4、 使用主分量串的位置关系参数和/或串长度参数并按照包括扫描方式在内的预定 规则， 进行部分串预测解码并至少从参考主分量串产生当前主分量串； B5、 根据主分量正元素与次分量元素之间的一一对应关系， 从当前主分量串的正元素 导出当前次分量串； 对于当前主分量串上的每一个当前主分量正元素， 至少从与所述当前 主。

5、分量正元素的参考主分量元素(注： 参考主分量元素不一定是主分量正元素)对应的参考 次分量元素产生当前次分量元素， 逐个产生与当前主分量串对应的当前次分量串上的所有 当前次分量元素及其数值。 2.根据权利要求1所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 编码方法至少包括如下步骤： A1、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为与所述 次分量元素对应的唯一正规的主分量元素， 从而建立起主分量数据集的一个由所述主分量 正元素组成的指定正子集与次分量数据集之间的一一对应关系； A2、 按照包括扫描方式在内的预定规则进行串预测编码， 至少生成主分量。

6、串的位置关 系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分量； A3、 至少将表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分量的部 分或全部信息写入压缩数据码流； A4、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 至少将表示与所述不可预测主分量对 应的不可预测次分量的部分或全部信息写入压缩数据码流。 3.根据权利要求2所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 上述编码方法或者解码方法中， 数据压缩所涉及的原始数据包括下列类型的 数据之一或其组合： 一维数据； 二维数据； 多维数据； 图形； 分维图形； 图像； 图像的序列； 视 频； 音频； 文件； 字节；。

7、 比特； 像素； 三维场景； 持续变化的三维场景的序列； 虚拟现实的场景； 持续变化的虚拟现实的场景的序列； 像素形式的图像； 图像的变换域数据； 二维或二维以上 字节的集合； 二维或二维以上比特的集合； 像素的集合； 单分量像素的集合； 三分量像素(R， G， B， A)的集合； 三分量像素(Y， U， V)的集合； 三分量像素(Y， Cb， Cr)的集合； 三分量像素(Y， Cg， Co)的集合； 四分量像素(C， M， Y， K)的集合； 四分量像素(R， G， B， A)的集合； 四分量像素 (Y， U， V， A)的集合； 四分量像素(Y， Cb， Cr， A)的集合； 四分量像素(。

8、Y， Cg， Co， A)的集合。 4.根据权利要求2所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 权利要求书 1/2 页 2 CN 111757117 A 2 其特征在于， 上述扫描方式包括水平光栅扫描、 水平来回扫描、 垂直光栅扫描、 垂直来回扫 描中的任意一种。 5.根据权利要求4所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 上述水平光栅扫描是： 一个整压缩单元内的若干元素沿水平方向挨个排列， 排 列完一行后接着排列下一行， 所有行都从左至右排列或者从右至左排列。 6.根据权利要求4所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特。

9、征在于， 上述水平来回扫描是： 一个整压缩单元内的若干元素沿水平方向挨个排列， 排 列完一行后接着排列下一行， 并且任意相邻两行的排列方向相反。 7.根据权利要求4所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 上述垂直光栅扫描是： 一个整压缩单元内的若干元素沿垂直方向挨个排列， 排 列完一列后接着排列下一列， 所有列都从上至下排列或者从下至上排列。 8.根据权利要求4所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 上述垂直来回扫描是： 一个整压缩单元内的若干元素沿垂直方向挨个排列， 排 列完一列后接着排列下一列， 任意相邻两列的排列方向相反。

10、。 9.根据权利要求2所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 上述编码方法或者解码方法中， 数据是420采样格式的二维数据元素的阵列或 阵列的序列， 有一个主分量F和两个次分量D和E， 次分量D和E的采样率和尺寸分别是主分量 F的四分之一。 10.根据权利要求9所述的对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 其特征在于， 一个D分量元素Dij和一个E分量元素Eij对应22个上下左右排列的 四个F分量元素F2i2j， F2i+12j， F2i2j+1， F2i+12j+1； F分量元素的分辨 率是2M2N， F分量元素组成阵列FFmn： m02M-1。

11、， n02N-1； D分量元素的分 辨率是MN， D分量元素组成阵列DDmn： m0M-1， n0N-1； E分量元素的分辨 率是MN， E分量元素组成阵列EEmn： m0M-1， n0N-1。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111757117 A 3 对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法 技术领域 0001 本发明涉及一种对数据进行有损或无损压缩的编码及解码系统， 特别是对部分分 量下采样格式的多分量数据进行压缩的编码方法和解码方法。 背景技术 0002 随着人类社会进入人工智能、 大数据、 虚拟现实、 增强现实、 混合现实、 云计算、 移 动计算、 云-移动计算、 超高清。

12、(4K)和特超高清(8K)视频图像分辨率、 4G/5G通讯的时代， 对 各种数据， 包括大数据、 图像数据、 视频数据、 以及各种新形态的数据， 进行超高压缩比和极 高质量的数据压缩成为必不可少的技术。 0003 数据集是由数据元素(例如： 字节、 比特、 像素、 像素分量、 空间采样点、 变换域系 数)组成的集合。 对数据集进行编码或解码(简称为编解码)时， 通常将数据元素按照预定规 则排序即规定前后顺序， 依前后顺序进行编解码。 对排列成一定空间(一维、 二维、 或多维) 形状的数据集(例如： 一个一维数据队列、 一个二维数据文件、 一帧图像、 一个视频序列、 一 个变换域、 一个变换块、。

13、 多个变换块、 一个三维场景、 一个持续变化的三维场景的序列)， 特 别是二维或以上数据集进行数据压缩的编码(以及相应的解码)时， 有时还把此数据集划分 成若干具有预定形状和/或大小(即元素数目)的子集， 称为整压缩单元。 0004 以整压缩单元为单位， 以预定的顺序， 一个一个整压缩单元地进行编码或者解码。 在任一时刻， 正在编码或者解码中的整压缩单元称为当前整压缩单元； 正在编码或者解码 中的数据元素(有时也简称为元素)称为当前编码数据元素或者当前解码数据元素， 统称为 当前数据元素， 简称为当前元素； 元素由N个分量(通常1N5)组成， 因此数据集和整压缩 单元也都由N个分量组成。 元素。

14、的分量也称为分量元素。 0005 作为编码对象的多分量数据集和整压缩单元的各分量的采样率之间的关系通常 用采样格式来表示。 0006 在数据集划分成整压缩单元的情形， 排序的一种预定规则是首先对整压缩单元排 序， 再对每个整压缩单元内的元素排序； 数据压缩的一种有效手段是串预测也称串匹配。 串 预测将一个当前整压缩单元的元素分割成长度可变的元素串， 对一个当前元素串， 简称为 当前串， 在一个称为参考集的已完成预定程度的编解码的元素的集合或其子集之中， 获得 与所述当前串具有相同或相近似的数值的参考元素串简称参考串， 也称之为所述当前串的 参考串或预测串或匹配串。 对于一个当前串的参考串， 仅。

15、需要使用若干参数来记录所述参 考串在参考集内的位置和/或形状和/或大小和/或尺寸， 而不需要逐个记录所述当前串内 每个元素的数值本身， 就能完整地表示所述当前串的所有元素及其数值， 从而达到数据压 缩的目的。 0007 串预测中， 也可能出现在参考集内找不到参考元素的不可预测元素。 不可预测元 素的分量、 主分量、 次分量分别被称为不可预测分量、 不可预测主分量、 不可预测次分量； 现 有串预测技术中， 对于444采样格式的数据集， 由于3个分量互相之间一一对应， 3个分量串 具有完全相同的形状、 位置关系、 长度， 因此可以用一个位置关系参数和一个串长度参数来 说明书 1/5 页 4 CN 。

16、111757117 A 4 统一表示3个分量串的位置关系和串长度。 而对于420采样格式和422采样格式的数据集， 由 于主分量和次分量之间不存在一一对应， 而是存在多对一对应， 对应于同一次分量元素的 多个主分量元素可能分别属于不同的主分量串， 导致主分量串和次分量串具有不相同的形 状、 位置关系、 长度， 因此需要消耗更多的比特数来分别表示主分量串和次分量串的形状、 位置关系和长度， 严重影响了420采样格式和422采样格式的串预测的编码效率。 发明内容 0008 为了解决对分量下采样格式数据， 也就是主分量与次分量之间存在多个主分量元 素对应于一个次分量元素的下采样关系的数据， 进行串预。

17、测编码和串预测解码时遇到的这 一问题， 本发明提供了对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法。 0009 本发明的目的是这样实现的： 对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解 码方法， 解码方法至少包括如下步骤： 0010 B1、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为与 所述次分量元素对应的唯一正规的主分量元素， 从而建立起主分量数据集的一个由所述主 分量正元素组成的指定主子集与次分量数据集之间的一一对应关系； 0011 B2、 解析压缩数据码流， 至少获取表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参数 和/或不可预测主分量的部分或全部信息并进而至少生成主。

18、分量串的位置关系参数和/或 串长度参数和/或不可预测主分量； 0012 B3、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 解析压缩数据码流， 至少获取表示 与所述不可预测主分量对应的不可预测次分量的部分或全部信息并进而至少生成所述不 可预测次分量； 0013 B4、 使用主分量串的位置关系参数和/或串长度参数并按照包括扫描方式在内的 预定规则， 进行部分串预测解码并至少从参考主分量串产生当前主分量串； 0014 B5、 根据主分量正元素与次分量元素之间的一一对应关系， 从当前主分量串的正 元素导出当前次分量串； 对于当前主分量串上的每一个当前主分量正元素， 至少从与所述 当前主分量正元素的参考主。

19、分量元素(注： 参考主分量元素不一定是主分量正元素)对应的 参考次分量元素产生当前次分量元素， 逐个产生与当前主分量串对应的当前次分量串上的 所有当前次分量元素及其数值。 0015 进一步地， 编码方法至少包括如下步骤： 0016 A1、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为与 所述次分量元素对应的唯一正规的主分量元素， 从而建立起主分量数据集的一个由所述主 分量正元素组成的指定正子集与次分量数据集之间的一一对应关系； 0017 A2、 按照包括扫描方式在内的预定规则进行串预测编码， 至少生成主分量串的位 置关系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分量； 0018 。

20、A3、 至少将表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分量 的部分或全部信息写入压缩数据码流； 0019 A4、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 至少将表示与所述不可预测主分 量对应的不可预测次分量的部分或全部信息写入压缩数据码流。 0020 本发明的有益效果在于： 解决了对分量下采样格式数据， 也就是主分量与次分量 说明书 2/5 页 5 CN 111757117 A 5 之间存在多个主分量元素对应于一个次分量元素的下采样关系的数据， 进行串预测编码和 串预测解码时遇到的这一问题； 本发明适用于对数据进行有损压缩的编码和解码， 也同样 适用于对数据进行无损压缩的编码。

21、和解码， 也适用于一维数据如字符串数据或字节串数据 或一维图形或分维图形的编码和解码， 也同样适用于二维或以上数据如图像或视频数据的 编码和解码。 附图说明 0021 图1是本发明的解码方法的流程图。 0022 图2是本发明的编码方法的流程图。 0023 图3是主分量正元素图。 具体实施方式 0024 下面结合附图1-3和具体实施例对本发明进一步说明。 0025 对分量下采样格式数据进行串预测的数据编码和解码方法， 如图1所示， 解码方法 至少包括如下步骤： 0026 201、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为 与所述次分量元素对应的唯一正规的主分量元素， 从而。

22、建立起主分量数据集的一个由所述 主分量正元素组成的指定主子集与次分量数据集之间的一一对应关系； 0027 202、 解析压缩数据码流， 至少获取表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参 数和/或不可预测主分量的部分或全部信息并进而至少生成主分量串的位置关系参数和/ 或串长度参数和/或不可预测主分量； 0028 203、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 解析压缩数据码流， 至少获取表 示与所述不可预测主分量对应的不可预测次分量的部分或全部信息并进而至少生成所述 不可预测次分量； 0029 204、 使用主分量串的位置关系参数和/或串长度参数并按照包括扫描方式在内的 预定规则， 进行部分串。

23、预测解码并至少从参考主分量串产生当前主分量串； 0030 205、 根据主分量正元素与次分量元素之间的一一对应关系， 从当前主分量串的正 元素导出当前次分量串； 对于当前主分量串上的每一个当前主分量正元素， 至少从与所述 当前主分量正元素的参考主分量元素(注： 参考主分量元素不一定是主分量正元素)对应的 参考次分量元素产生当前次分量元素， 逐个产生与当前主分量串对应的当前次分量串上的 所有当前次分量元素及其数值。 0031 如图2所示， 编码方法至少包括如下步骤： 0032 101、 在与一个次分量元素对应的多个主分量元素中指定一个主分量正元素作为 与所述次分量元素对应的唯一正规的主分量元素，。

24、 从而建立起主分量数据集的一个由所述 主分量正元素组成的指定正子集与次分量数据集之间的一一对应关系； 0033 102、 按照包括扫描方式在内的预定规则进行串预测编码， 至少生成主分量串的位 置关系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分量； 0034 103、 至少将表示主分量串的位置关系参数和/或串长度参数和/或不可预测主分 量的部分或全部信息写入压缩数据码流； 说明书 3/5 页 6 CN 111757117 A 6 0035 104、 当所述不可预测主分量是主分量正元素时， 至少将表示与所述不可预测主分 量对应的不可预测次分量的部分或全部信息写入压缩数据码流。 0036 数据压缩所涉及的。

25、原始数据包括下列类型的数据之一或其组合： 一维数据； 二维 数据； 多维数据； 图形； 分维图形； 图像； 图像的序列； 视频； 音频； 文件； 字节； 比特； 像素； 三 维场景； 持续变化的三维场景的序列； 虚拟现实的场景； 持续变化的虚拟现实的场景的序 列； 像素形式的图像； 图像的变换域数据； 二维或二维以上字节的集合； 二维或二维以上比 特的集合； 像素的集合； 单分量像素的集合； 三分量像素(R， G， B， A)的集合； 三分量像素(Y， U， V)的集合； 三分量像素(Y， Cb， Cr)的集合； 三分量像素(Y， Cg， Co)的集合； 四分量像素(C， M， Y， K)的集。

26、合； 四分量像素(R， G， B， A)的集合； 四分量像素(Y， U， V， A)的集合； 四分量像素 (Y， Cb， Cr， A)的集合； 四分量像素(Y， Cg， Co， A)的集合。 0037 整压缩单元包括宏块、 编码单元CU、 CU的子区域、 子编码单元SubCU、 预测块、 预测 单元PU、 PU的子区域、 子预测单元SubPU、 变换块、 变换单元TU、 TU的子区域、 子变换单元 SubTU。 0038 所述编码方法或者解码方法中， 所述扫描方式可以包括如下任意一种： 0039 1)水平光栅扫描： 一个整压缩单元内的若干元素沿水平方向挨个排列， 排列完一 行后接着排列下一行，。

27、 所有行都从左至右排列或者所有行都从右至左排列； 0040 2)水平来回扫描： 一个整压缩单元内的若干元素沿水平方向挨个排列， 排列完一 行后接着排列下一行， 任何相邻的两行中一行从左至右排列而另一行从右至左排列； 0041 3)垂直光栅扫描： 一个整压缩单元内的元素沿垂直方向挨个排列， 排列完一列后 接着排列下一列， 所有列都从上至下排列或者所有行都从下至上排列； 0042 4)垂直来回扫描： 一个整压缩单元内的元素沿垂直方向挨个排列， 排列完一列后 接着排列下一列， 任何相邻的两列中一列从上至下排列而另一列从下至上排列。 0043 所述编码方法或者解码方法中， 数据是420采样格式的二维数。

28、据元素的阵列或阵 列的序列， 有一个主分量F和两个次分量D和E； 0044 次分量D和E的采样率和尺寸分别是主分量F的四分之一， 也就是主分量与次分量 之间具有4:1的下采样关系； 0045 一个D分量元素Dij和一个E分量元素Eij对应22个上下左右排列的4个 F分量元素F2i2j， F2i+12j， F2i2j+1， F2i+12j+1； 0046 F分量元素的分辨率是2M2N， 即F分量元素组成阵列FFmn： m02M-1， n 02N-1； D分量元素的分辨率是MN， 即D分量元素组成阵列DDmn： m0M-1， n 0N-1； E分量元素的分辨率也是MN， 即E分量元素组成阵列EEm。

29、n： m0M-1， n0N-1。 0047 作为本申请的一个实施例， 上述编码方法或者解码方法中， 预先指定的所述主分 量正元素是F2i2j。 0048 作为本申请的一个实施例， 上述编码方法或者解码方法中， 预先指定的所述主分 量正元素是F2i+12j。 0049 作为本申请的一个实施例， 上述编码方法或者解码方法中， 预先指定的所述主分 量正元素是F2i2j+1。 0050 作为本申请的一个实施例， 上述编码方法或者解码方法中， 预先指定的所述主分 说明书 4/5 页 7 CN 111757117 A 7 量正元素F2i+12j+1； 如图3所示， 不同的数字表示不同的当前串， u表示不可。

30、预测元素， 垂直来回扫描下根据主分量正元素从当前主分量串导出当前次分量串； 图3是根据主分量 正元素从当前主分量串导出当前次分量串的一个例。 指定不同的主分量正元素时， 从同样 的当前主分量串将导出不同的当前次分量串。 0051 作为本申请的一个实施例， 主分量串的位置关系参数是位移矢量(offsetX , offsetY)； (offsetX,offsetY)表示当前主分量元素Fmn的坐标(m,n)与其参考主分量 元素的坐标之差， 也就是(offsetX,offsetY)是当前主分量元素Fmn的坐标(m,n)减去 其参考主分量元素的坐标： 预先指定的所述主分量正元素是F2i2j。 使用下列计。

31、算方式 从参考主分量元素产生当前主分量元素并且从参考次分量元素产生当前次分量元素： 0052 FmnFm-offsetXn-offsetY； 0053 如果m和n都是偶数， 即m2i,n2j， 则： 0054 DijD(m-offsetX)/2(n-offsetY)/2； 0055 EijE(m-offsetX)/2(n-offsetY)/2； 0056 其中 “/” 是整数除法， 例如3/21。 0057 以上是本发明的优选实施例， 本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变 换或改进， 在不脱离本发明总的构思的前提下， 这些变换或改进都应当属于本发明要求保 护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 111757117 A 8 图1 说明书附图 1/2 页 9 CN 111757117 A 9 图2 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 111757117 A 10 。