视频译码中的经量化脉码调制的制造方法与工艺

视频译码中的经量化脉码调制本申请案主张2011年3月4日申请的第61／449,413号美国临时申请案的权益，所述临时申请案特此以其全文引用的方式并入本文中。技术领域本发明涉及视频译码，且更确切来说，涉及用于视频数据的经量化脉码调制(PCM)的技术。

背景技术：
数字视频能力可并入到广泛范围的装置中，所述装置包含数字电视、数字直播系统、无线广播系统、个人数字助理(PDA)、膝上型或桌上型计算机、数码相机、数字记录装置、数字媒体播放器、视频游戏装置、视频游戏控制台、蜂窝式或卫星无线电电话、视频远程电话会议装置，等等。数字视频装置实施视频压缩技术以更有效地发射、接收和存储数字视频信息，所述视频压缩技术例如以下各者中描述的那些技术：由MPEG-2、MPEG-4、ITU-TH.263、ITU-TH.264／MPEG-4第10部分(高级视频译码(AVC))定义的标准、当前在开发中的高效率视频译码(HEVC)标准，和此类标准的扩展。视频压缩技术包含空间预测和／或时间预测，以减少或移除视频序列中所固有的冗余。对于基于块的视频译码，可将一视频帧或切片分割成若干块。可进一步分割每一块。帧内译码(I)帧或切片中的块使用相对于同一帧或切片中的相邻块中的参考样本的空间预测来编码。帧间译码(P或B)帧或切片中的块可使用相对于同一帧或切片中的相邻块中的参考样本的空间预测或相对于其它参考帧中的参考样本的时间预测。空间或时间预测产生用于待译码的块的预测性块。残余数据表示待译码的原始块与预测性块之间的像素差。帧间译码块根据指向形成预测性块的参考样本块的运动向量和指示经译码块与预测性块之间的差的残余数据来编码。帧内译码块根据帧内译码模式和残余数据来编码。为进一步压缩，可将残余数据从像素域变换到变换域，从而产生残余变换系数，接着可对残余变换系数进行量化。可按特定次序扫描最初布置成二维阵列的经量化变换系数以产生用于熵译码的变换系数的一维向量。

技术实现要素：
一股来说，本发明描述用于使用经量化脉码调制(PCM)进行视频译码的装置和方法。经量化PCM包含对视频样本进行量化以使得在一些情况下可将失真添加到经译码视频的步骤。以此方式，用经量化PCM来译码的视频块显得比已用例如帧间预测译码或帧内预测译码等其它有损压缩技术来译码的邻近视频块更均匀。举例来说，视频编码器首先可在对经量化样本进行PCM译码之前通过量化步长对输入视频样本进行量化。量化步长通常将失真添加到视频，且界定经量化的经PCM译码样本的输出位深度。可在经编码视频位流中将此量化步长和／或输出位深度用信号发出到解码器。作为一个实例，可包含输出位深度的指示作为经编码位流的序列标头中的4位语法元素。作为另一实例，视频解码器可接收包含经量化经PCM译码视频样本的经编码视频位流。此类样本首先使用脉码解调来解码，且接着通过用以对视频进行编码的相同量化步长来进行反量化。作为一个实例，视频解码器可从经编码视频位流提取此量化步长。在一个实例中，本发明描述一种用于对视频数据进行译码的方法，其包括：使用经量化脉码调制根据输出位深度对视频数据块的样本进行译码。经量化脉码调制包含根据界定量化的量以产生输出位深度的量化步长来对视频数据块的样本进行量化，且对经量化样本进行脉码调制。本发明还描述一种用于对视频数据进行解码的方法，其包括：使用脉码解调来对经译码视频数据块的样本进行解码；以及根据量化步长对经解码样本进行反量化。在另一实例中，本发明描述一种经配置以对视频数据进行译码的设备。所述设备包含视频编码单元，其经配置以使用经量化脉码调制根据输出位深度对视频数据块的样本进行译码。视频译码单元包含：量化单元，其经配置以根据界定量化的量以产生输出位深度的量化步长来对视频数据块的样本进行量化；以及调制单元，其经配置以使用脉码调制来对经量化样本进行译码。本发明还描述一种经配置以对视频数据进行解码的设备。所述设备包含视频解码单元，其经配置以根据输出位深度对已用经量化脉码调制编码的经译码视频数据块的样本进行解码。视频解码单元包含：解调单元，其经配置以使用脉码解调来对经译码视频数据块的样本进行解码；以及反量化单元，其经配置以根据量化步长来对经解码样本进行反量化。在另一实例中，本发明描述一种包括计算机可读存储媒体的计算机程序产品，所述计算机可读存储媒体上存储有若干指令，所述指令在执行时致使用于对视频进行译码的装置的处理器使用经量化脉码调制根据输出位深度对视频数据块的样本进行译码。用以使用经量化脉码调制来对视频数据块的样本进行译码的指令包含用以根据界定量化的量以产生输出位深度的量化步长来对视频数据块的样本进行量化且用以对经量化样本进行脉码调制的指令。本发明还描述一种用以对视频数据进行解码的计算机程序产品，所述计算机程序产品包含用以根据输出位深度对已用经量化脉码调制编码的经译码视频数据块的样本进行解码的指令。用以对视频数据块的样本进行解码的指令包含用以使用脉码解调来对经译码视频数据块的样本进行解码且用以根据量化步长来对经解码样本进行反量化的指令。在随附图式及下文描述中阐述本发明的一个或一个以上实施例的细节。从描述和图式，以及从权利要求书将明白本发明的其它特征、目标和优势。附图说明图1是说明实例视频编码和解码系统的框图。图2是说明实例视频编码器的框图。图3是说明视频编码器的实例经量化PCM单元的框图。图4描绘具有序列标头的实例经编码视频位流。图5是说明实例视频解码器的框图。图6是说明视频解码器的实例经量化PCM解码单元的框图。图7是说明实例编码过程的流程图。图8是说明实例解码过程的流程图。具体实施方式数字视频装置实施视频压缩技术以更有效地发射和接收数字视频信息。视频压缩可应用空间(即，帧内)预测和／或时间(即，帧间)预测技术来减少或移除视频序列中固有的冗余。对于根据高效视频译码(HEVC)标准的视频译码，可将视频帧分割为译码单元、预测单元和变换单元。译码单元通常指代充当为视频压缩而应用各种译码工具的基本单元的图像区域。译码单元通常为正方形形状，且可被认为类似于例如在例如ITU-TH.264等其它视频译码标准下的所谓的宏块。译码单元可根据四分树分割方案而分割为越来越小的译码单元。为了实现较好译码效率，译码单元可具有取决于视频内容的可变大小。另外，译码单元可分裂为较小的块以用于预测或变换。确切来说，每一译码单元可进一步分割为预测单元和变换单元。预测单元可被认为类似于在其它视频译码标准下的所谓的宏块分割区。变换单元指代应用变换以产生变换系数的残余数据块。译码单元通常具有表示为Y的一个明度分量和表示为U和V的两个色度分量。取决于视频取样格式，U和V分量的大小就样本数目而言可与Y分量的大小相同或不同。为了对块(例如，视频数据的预测单元)进行译码，首先导出块的预测子。可通过帧内(I)预测(即，空间预测)或帧间(P或B)预测(即，时间预测)来导出预测子。因此，一些预测单元可使用相对于同一帧中的相邻参考块的空间预测来进行帧内译码(I)，且其它预测单元可相对于其它帧中的参考块来进行帧间译码(P或B)。在识别预测子后，计算原始视频数据块与其预测子之间的差。此差还被称作预测残余，且指代待译码的块中的像素与参考块(即，预测子)之间的像素差。为了实现较好压缩，预测残余通常(例如)使用离散余弦变换(DCT)、整数变换、卡洛南-洛伊(K-L)变换或其它变换来变换。变换将空间域中的像素差值转换成变换域(例如，频域)中的变换系数。变换系数通常布置成用于每一变换单元的二维(2-D)阵列。为进一步压缩，变换系数可经量化。熵译码器接着将熵译码(各自为上下文自适应性可变长度译码(CAVLC)、上下文自适应性二进制算术译码(CABAC)等等)应用于经量化变换系数。在使用上文所描述的技术的一些情况下，有可能视频编码器充当数据扩展器而非数据压缩器。尽管编码器通常实现大多数视频内容的极好压缩，但含有变换域中的非典型内容的视频帧的经隔离部分可产生大量的经编码数据。因此，对于某视频内容，编码器可不满足压缩视频数据的目标，而是可产生过量数据。对于这些情况，视频编码器可通过应用脉码调制(PCM)译码而非预测性译码来改进总视频压缩。PCM译码通常为无损译码过程，其对视频数据的个别样本进行编码而无基于预测的压缩。作为实例，MPEG-2视频译码标准指定可针对视频数据的经编码宏块产生的经译码位的数目的上限。上限通过指定所获得且接着经处理以用于宏块解码的数据的特定量而有助于解码器设计。超过此上限的译码位的产生将与MPEG-2解码器设计不一致。在由ITU-TH.264／MPEG-4AVC标准(下文中为H.264)指定的帧内PCM模式中，编码器发射宏块的样本值而不进行预测、变换译码和熵译码。即，在宏块的帧内PCM模式中，编码器简单地使用(例如)每样本8位来对宏块的区域中的像素值进行编码。编码器产生经PCM编码的像素值作为原始字节值。帧内PCM模式允许编码器将每一宏块的位的数目调整到预定值或预定值以下而无复杂计算。H.264中的帧内PCM模式译码的使用由宏块模式语法元素指示。当使用帧内PCM模式译码时，发射每一相关联的宏块的样本值而不进行预测、变换译码和熵译码。注意，当熵译码为上下文自适应性二进制算术译码(CABAC)时，终止二进制算术译码(BAC)且在发射样本值之前进行初始化。HEVC的当前模型并无与H.264中的帧内PCM相当的工具。一个问题在于HEVC的特性不同于H.264的特性。在H.264中，数据量限于宏块层级，宏块层级具有16×16像素的大小。相对比地，HEVC具有多达64×64像素或可能更大的译码单元和预测单元。因此，限制每单元的数据量的约束在HEVC中比针对H.264的情况要高，以便满足实践中可见的一些网络要求。H.264中的帧内PCM模式的另一问题在于其为无损的。在无损译码的情况下，经编码数据具有在解码器侧处的理想重建。因此，完全无失真的宏块可在原本有损的经编码帧中出现。此情形归因于无损数据与邻近有损数据之间的视觉差异而可为视觉上震撼的或至少视觉上显而易见的。HEVC的又一问题在于其可支持8位、10位、12位或甚至更大位深度的内容。因此，具有每样本12位的64×64译码单元(或更大)的发信号可产生PCM模式的不合需要的量的数据。本发明引入经量化PCM模式的概念以供在视频译码过程(例如，根据H.264和HEVC标准定义的视频译码过程)中使用。在经量化PCM模式中，视频编码器在应用PCM译码之前对输入像素的块进行量化。类似地，当已使用经量化PCM模式来对视频数据进行译码时，视频解码器将首先对经译码视频数据进行脉冲解调，且接着应用反量化。译码单元(HEVC)、预测单元(HEVC)、变换单元(HEVC)、宏块(H.264)和分割区(H.264)在本发明中通常将被称作块。经量化PCM模式可支持两个目标。第一，经量化PCM译码可准许编码器指定关于不同情形(例如，不同层级、配置文件、帧速率、量化参数(QP)、分辨率等等)下的译码单元的最大数据量的灵活限制。在无此限制的情况下，PCM译码可涵盖块的可用译码位的层级。此灵活性可通过应用上下文特定量化步长以便控制输出位深度及因此的针对经PCM译码视频数据而产生的最大数据量来实现。第二，通过将损失引入到PCM过程中，经量化PCM译码可以直接方式减少或消除包含有损和无损部分两者的视频帧的不合需要的视觉外观。图1是说明根据本发明的实例的实例视频编码和解码系统10的框图，视频编码和解码系统10可经配置以利用用于经量化脉码调制／解调的技术。如图1中所示，系统10包含源装置12，其经由通信信道16将经编码视频发射到目的地装置14。经编码视频还可存储在存储媒体34或文件服务器36上，且可在需要时由目的地装置14存取。源装置12和目的地装置14可包括广泛多种装置中的任一者，包含桌上型计算机、笔记本(即，膝上型)计算机、平板计算机、机顶盒、例如所谓的智能电话等电话手持机、电视、相机、显示装置、数字媒体播放器、视频游戏控制台等等。在许多情况下，此类装置可经配备用于无线通信。因此，通信信道16可包括无线信道、有线信道，或适于传输经编码视频数据的无线与有线信道的组合。类似地，文件服务器36可由目的地装置14通过任何标准数据连接(包含因特网连接)加以存取。此可包含无线信道(例如，Wi-Fi连接)、有线连接(例如，DSL、电缆调制解调器，等)，或适于存取存储在文件服务器上的经编码视频数据的无线信道与有线连接两者的组合。根据本发明的实例的用于经量化脉码调制／解调的技术可应用于视频译码以支持多种多媒体应用中的任一者，所述多媒体应用例如空中电视广播、有线电视传输、卫星电视传输、流式视频传输(例如，经由因特网)、用于存储在数据存储媒体上的数字视频的编码、存储在数据存储媒体上的数字视频的解码，或其它应用。在一些实例中，系统10可经配置以支持单向或双向视频传输以支持例如视频流式传输、视频回放、视频广播和／或视频电话等应用。在图1的实例中，源装置12包含视频源18、视频编码器20、调制器／解调器22和发射器24。在源装置12中，视频源18可包含例如以下各者等源：视频俘获装置，例如摄像机；含有先前俘获的视频的视频存档；用以从视频内容提供者接收视频的视频馈送接口；和／或用于产生计算机图形数据作为源视频的计算机图形系统，或此类源的组合。作为一个实例，如果视频源18为摄像机，那么源装置12和目的地装置14可形成所谓的相机电话或视频电话。然而，本发明中所描述的技术一股可适用于视频译码，且可应用于无线和／或有线应用。可由视频编码器20来对经俘获的、经预先俘获的或计算机产生的视频进行编码。经编码的视频信息可由调制解调器22根据通信标准(例如，无线通信协议)来调制，且经由发射器24而发射到目的地装置14。调制解调器22可包含各种混频器、滤波器、放大器或经设计以用于信号调制的其它组件。发射器24可包含经设计以用于发射数据的电路，包含放大器、滤波器和一个或一个以上天线。由视频编码器20编码的经俘获、经预先俘获或计算机产生的视频还可存储在存储媒体34或文件服务器36上以供稍后消耗。存储媒体34可包含蓝光光盘、DVD、CD-ROM、闪存存储器，或用于存储经编码视频的任何其它合适数字存储媒体。存储在存储媒体34上的经编码视频可接着由目的地装置14存取以进行解码并回放。文件服务器36可为能够存储经编码视频并将所述经编码视频传输到目的地装置14的任何类型的服务器。实例文件服务器包含web服务器(例如，用于网站)、FTP服务器、网络附接存储(NAS)装置、本地磁盘驱动器，或能够存储经编码视频数据并将经编码视频数据传输到目的地装置的任何其它类型的装置。经编码视频数据从文件服务器36的传输可为流式传输、下载传输，或两者的组合。文件服务器36可由目的地装置14通过任何标准数据连接(包含因特网连接)加以存取。此可包含无线信道(例如，Wi-Fi连接)、有线连接(例如，DSL、电缆调制解调器、以太网、USB，等)，或适于存取存储在文件服务器上的经编码视频数据的无线信道与有线连接两者的组合。在图1的实例中，目的地装置14包含接收器26、调制解调器28、视频解码器30和显示装置32。目的地装置14的接收器26经由信道16接收信息，且调制解调器28对所述信息进行解调以产生用于视频解码器30的经解调的位流。经由信道16传达的信息可包含由视频编码器20产生以供由视频解码器30用于对视频数据进行解码的多种语法信息。此语法还可与存储在存储媒体34或文件服务器36上的经编码视频数据包含在一起。视频编码器20和视频解码器30中的每一者可形成能够对视频数据进行编码或解码的相应编码器-解码器(编解码器(CODEC))的部分。显示装置32可与目的地装置14集成或在目的地装置14外部。在一些实例中，目的地装置14可包含集成式显示装置，且还经配置以与外部显示装置介接。在其它实例中，目的地装置14可为显示装置。一股来说，显示装置32向用户显示经解码的视频数据，且可包括多种显示装置中的任一者，例如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、有机发光二极管(OLED)显示器或另一类型的显示装置。在图1的实例中，通信信道16可包括任何无线或有线通信媒体，例如，射频(RF)频谱或一个或一个以上物理传输线，或无线和有线媒体的任何组合。通信信道16可形成例如局域网、广域网或例如因特网等全球网络的基于包的网络的部分。通信信道16通常表示用于将视频数据从源装置12传输到目的地装置14的任何合适的通信媒体或不同通信媒体的集合，包含有线或无线媒体的任何合适组合。通信信道16可包含可用于促进从源装置12到目的地装置14的通信的路由器、交换器、基站或任何其它设备。视频编码器20和视频解码器30可根据例如当前在开发中的高效视频译码(HEVC)标准等视频压缩标准操作，且可符合HEVC测试模型(HM)。或者，视频编码器20和视频解码器30可根据其它专有或工业标准操作，所述标准例如或者被称作MPEG-4第10部分(高级视频译码(AVC))的ITU-TH.264标准，或此类标准的扩展。然而，本发明的技术不限于任何特定译码标准。其它实例包含MPEG-2和ITU-TH.263。尽管图1中未展示，但在一些方面中，视频编码器20和视频解码器30可各自与音频编码器和解码器集成，且可包含适当的多路复用器-多路分用器(MUX-DEMUX)单元或其它硬件及软件，以处置对共同数据流或单独数据流中的音频与视频两者的编码。如果适用，那么在一些实例中，MUX-DEMUX单元可符合ITUH.223多路复用器协议或例如用户数据报协议(UDP)等其它协议。视频编码器20和视频解码器30各自可实施为例如一个或一个以上微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑、软件、硬件、固件或其任何组合的多种合适编码器电路中的任一者。当所述技术部分地以软件实施时，装置可将用于所述软件的指令存储在合适的非暂时性计算机可读媒体中，且使用一个或一个以上处理器执行硬件中的指令以执行本发明的技术。视频编码器20和视频解码器30中的每一者可包含在一个或一个以上编码器或解码器中，其中任一者可作为经组合的编码器／解码器(CODEC)的部分集成在相应装置中。视频编码器20可实施本发明的技术中的任一者或全部以在视频编码过程中使用经量化PCM模式。同样，视频解码器30可实施这些技术中的任一者或全部以在视频解码过程中使用经量化PCM模式。如本文中所描述的视频译码器可指代视频编码器或视频解码器。类似地，视频编码器和视频解码器可分别被称作视频编码单元和视频解码单元。同样，视频译码可指代视频编码或视频解码。图2是说明视频编码器20的实例的框图，视频编码器20可在视频译码过程中使用用于经量化PCM模式的技术，如本发明中所描述。将出于说明的目的在HEVC译码的上下文中描述视频编码器20，但不限制本发明的可获益于经量化PCM模式的其它译码标准或方法。除经量化PCM视频译码之外，视频编码器20还可执行视频帧内的译码单元的帧内和帧间译码。帧内译码依赖于空间预测以减少或移除给定视频帧内的视频中的空间冗余。帧间译码依赖于时间预测以减少或移除视频序列的当前帧与先前经译码帧之间的时间冗余。帧内模式(I模式)可指代若干基于空间的视频压缩模式中的任一者。例如单向预测(P模式)或双向预测(B模式)等帧间模式可指代若干基于时间的视频压缩模式中的任一者。如图2中所示，视频编码器20接收待编码的视频帧内的当前视频块。在图2的实例中，视频编码器20包含运动补偿单元44、运动估计单元42、帧内预测单元46、经量化PCM单元47、参考帧缓冲器64、求和器50、变换单元52、变换量化单元54和熵译码单元56。图2中所说明的变换单元52为将实际变换应用于残余数据块的单元，且不应与还可被称作CU的变换单元(TU)的变换系数块相混淆。对于视频块重建，视频编码器20还包含变换反量化单元58、反变换单元60和求和器62。还可包含解块滤波器(图2中未展示)以对块边界进行滤波，以从经重建的视频移除成块假影。在需要时，解块滤波器通常将对求和器62的输出进行滤波。在编码过程期间，视频编码器20接收待译码的视频帧或切片。帧或切片可划分成多个视频块，例如最大译码单元(LCU)。运动估计单元42和运动补偿单元44相对于一个或一个以上参考帧中的一个或一个以上块对所接收视频块执行帧间预测性译码，以提供时间压缩。帧内预测单元46可相对于与待译码的块相同的帧或切片中的一个或一个以上相邻块对所接收视频块执行帧内预测性译码，以提供空间压缩。经量化PCM单元47根据本发明的技术对输入视频块执行经量化PCM译码。模式选择单元40可例如基于每一模式的误差(即，失真)和／或压缩结果选择译码模式、帧内、帧间或经量化PCM中的一者。如果选择帧间或帧内模式，那么模式选择单元40将所得经帧内或帧间译码块提供到求和器50以产生残余块数据，以及提供到求和器62以重建经编码块以供在参考帧中使用。可将一些视频帧指明为I帧，其中I帧中的所有块在帧内预测模式下进行编码。在一些情况下，帧内预测单元46可例如在由运动估计单元42执行的运动搜索未产生足够的块预测时对P或B帧中的块执行帧内预测编码。运动估计单元42与运动补偿单元44可高度集成，但出于概念上的目的而分开予以说明。运动估计是产生估计视频块的运动的运动向量的过程。举例来说，运动向量可指示当前帧中的预测单元相对于参考帧的参考样本的位移。参考样本可为经发现在像素差方面密切地匹配包含经译码的PU的CU的部分的块，像素差可通过绝对差总和(SAD)、平方差总和(SSD)或其它差异度量来确定。由运动补偿单元44执行的运动补偿可涉及基于由运动估计确定的运动向量来提取或产生预测单元的值。运动估计单元42通过比较预测单元与存储在参考帧缓冲器64中的参考帧的参考样本来计算经帧间译码帧的预测单元的运动向量。在一些实例中，视频编码器20可计算存储在参考帧缓冲器64中的参考帧的子整数像素位置的值。举例来说，视频编码器20可计算四分之一像素位置、八分之一像素位置或参考帧的其它分数像素位置的值。因此，运动估计单元42可执行相对于全像素位置和分数像素位置的运动搜索，且输出具有分数像素精度的运动向量。运动估计单元42将所计算运动向量发送到熵译码单元56和运动补偿单元44。由运动向量识别的参考帧的部分可被称作参考样本。运动补偿单元44可例如通过检索由PU的运动向量识别的参考样本来计算当前CU的预测单元的预测值。作为由运动估计单元42和运动补偿单元44执行的帧间预测译码的替代，帧内预测单元46可对所接收块执行帧内预测编码。在假定块的从左到右从上到下编码次序的情况下，帧内预测单元46可相对于相邻的先前经译码块(例如，在当前块的上方、右上方、左上方或左方的块)来对所接收块进行编码。帧内预测单元46可经配置以具有多种不同帧内预测模式。举例来说，帧内预测单元46可经配置以具有基于经编码的CU的大小的特定数目个定向预测模式，例如33个定向预测模式。帧内预测单元46可通过(例如)计算各种帧内预测模式的误差值以及选择产生最低误差值的模式来选择帧内预测模式。定向预测模式可包含用于组合空间上相邻像素的值以及应用经组合的值以形成PU的预测性块的一个或一个以上像素的功能。一旦已计算PU中的所有像素位置的值，帧内预测单元46便可基于PU与预测性块之间的像素差计算预测模式的误差值。帧内预测单元46可继续测试帧内预测模式直到发现产生可接受误差值的帧内预测模式为止。帧内预测单元46接着可将PU发送到求和器50。视频编码器20通过从经译码的原始视频块减去由运动补偿单元44或帧内预测单元46计算的预测数据来形成残余块。求和器50表示执行此减法运算的一个或一个以上组件。残余块可对应于像素差值的二维矩阵，其中残余块中的值的数目与对应于残余块的PU中的像素的数目相同。残余块中的值可对应于PU中与待译码的原始块中的同位置像素的值之间的差，即误差。所述差可取决于经译码的块的类型而为色度或明度差。变换单元52可从残余块形成一个或一个以上变换单元(TU)。变换单元52将例如离散余弦变换(DCT)、定向变换或概念上类似的变换等变换应...