[发明专利]以层级架构中的不同质量水平对信号进行编码的方法和装置

说明书

编码器接收信号。编码器利用一个或多个下采样操作来产生信号在层级架构中的连续较低质量水平的下采样重现。在相反的方向上，编码器将一个或多个上采样操作应用于信号在第一质量水平的下采样重现以产生信号在层级架构中的第二质量水平的上采样重现。第二质量水平比第一质量水平更高。该一个或多个上采样操作和一个或多个下采样操作关于彼此可以是不对称的。也就是说，在下采样期间应用的函数可以与当进行上采样时所应用的函数不同。编码器产生指示信号在第二质量水平的下采样重现与信号在第二质量水平的上采样重现之间的差异的残差数据。

技术领域

本发明涉及对信号进行编码的方法和装置。

背景技术

CPU（中央处理单元）效率在信号的编码和解码二者期间都至关重要。最近一代的处理器变得越来越并行，其中每个单个芯片上具有多达几百个简单的核。不幸地是，传统的MPEG（动态图像专家组）家族编解码器就本性而言在结构上是非并行的。这源于它们是基于区块的并且每个图像区块必须被顺序编码和解码的事实，因为为了实现高效压缩必须使得所有区块以某一方式彼此依赖。

经由将所谓的“切片”（基本上彼此独立地处理图像片，就像它们是一个紧挨着另一个放置的单独视频一样）引入到MPEG编码中，H.264标准允许并行地处理几个线程（典型地2个或3个线程）。诸如去区块的重要算法元件（即使各区块之间的过渡“平滑”以创建更均匀图像的滤波器）通常是所有条件指令的全局操作，它们不适合于包括并行CPU的应用。

当今的CPU和GPU（图形处理单元）通常非常强大；单个GPU可以包括几百个计算核以便对信息执行并行处理。当使用当前技术时，图像的较大部分可以被存储在处理器高速缓存中用于进行处理。需要将图像分割成许多小区块（当创建MPEG时这是驱动因素），因为来自那个时代的处理器可能每次仅处理非常小的视频数据块，并且然后仅顺序地处理，这不再适用于现代CPU和GPU。因此，当实施类MPEG类型的编码/解码时，一大部分可用的处理功率可能不会被使用，其中没必要将区块效应（blocking artifact）引入到信号中。而且，与在开发MPEG时当前的那些相比，现代的应用通常需要更高得多的清晰度视频编码以及更高得多的整体回放质量。在高清晰度（HD）、高质量视频中，在具有低细节（潜在地甚至焦点没有对准）的区域和具有非常精细细节的区域之间存在大得多的差异。这使得频域变换（诸如在MPEG中使用的那些）的使用甚至更不适合于图像处理和回放，因为相关频率范围变得更广阔。

此外，较高分辨率图像包括较高数量的摄像机噪声和/或胶片颗粒，即可以与收看完全无关的非常详细的高频像素转变，并且需要编码许多比特。

最后，传统的编解码器不适合于与3D或体积成像一起高效地执行，在诸如医疗成像、科学成像等等之类的领域中该3D或体积成像变得越来越重要。

大多数目标设备现今支持不同回放分辨率和质量。所谓的SVC（可伸缩视频编码），即针对伸缩性的当前MPEG标准，还没有已经被行业顺利地接收，并且几乎不示出非存在采用，因为这被看作太复杂且有些带宽效率低的方式。

而且，经过编码的视频是丰富的；即内容供应商通常没有时间来利用每个特定视频流定制编码器参数和实验。当前，内容供应商不喜欢为了成功地编码视频而必须手动地微调（每次执行编码并且检查结果的质量时）许多编码参数。

作为对用于编码/解码的MPEG标准的替换，已经将所谓的图像金字塔用于编码/解码目的。例如，使用拉普拉斯金字塔，传统系统已经通过使用高斯滤波器并且然后构建通过利用严格编程的解码器从较低分辨率等级上采样回到原始等级而获得的各图像之间的差异的金字塔而创建了较低分辨率图像。

使用传统的拉普拉斯金字塔编码已经被放弃。这种变换的一个缺点是创造者总是试图避免下采样图像中的失真/伪像，所以它们一直使用高斯滤波，因为高斯滤波是不会添加它自己的任何信息的唯一类型的滤波器。然而，高斯滤波所不能克服的问题是，它引入模糊效应，使得当向上尺度扩展回到较高分辨率时存在对用于再现原始图像的过度量的图像校正信息的需要。