[发明专利]采用多类匹配参数及前参数缓冲区的数据压缩方法和装置

说明书

技术领域

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，特别是图像和视频数据的编码及解码的方法和装置。

背景技术

随着人类社会进入大数据、云计算、移动计算、云-移动计算、超高清（4K）和特超高清（8K）视频图像分辨率、4G/5G通讯、虚拟现实的时代，对各种数据，包括大数据、图像数据、视频数据，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。

数据集是由数据的样值（例如：字节、比特、像素、像素分量、空间采样点、变换域系数）组成的排列成一定空间（一维、二维、或多维）形状的有限数据的集合（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、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）。对数据集，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，通常把此数据集划分成若干具有预定形状的子集，称为编码块（从解码的角度也就是解码块，统称为编解码块），以编解码块为单位，按照预定的时间顺序，一块一块进行编码或解码。在任一时刻，正在编码中的编码块称为当前编码块。在任一时刻，正在解码中的解码块称为当前解码块。当前编码块或当前解码块统称为当前编解码块或简称为当前块。正在编码或解码中的样值称为当前编码样值或当前解码样值，简称为当前样值。

对于具有二维或多维形状（不一定限于正方形或矩形，可以是任何合理的其他二维或多维形状）的编解码块，在很多场合需要将其样值按照一定顺序排列成（即扫描成）一维数据。排列方式也称为扫描方式。在通常使用的扫描方式中，首先沿一个扫描主方向从头至尾扫描（即排列）一个线段上的全部样值，然后再扫描相邻的平行的线段上的全部样值，依次逐线段扫描，直至扫描完一个编解码块的全部样值。扫描主方向为水平方向（行）的扫描方式通常称为水平扫描方式。扫描主方向为垂直方向（列）的扫描方式通常称为垂直扫描方式。从另一方面来分类，通常使用的扫描方式有光栅扫描（又可分为水平和垂直）和弓形扫描（也可分为水平和垂直）。在光栅扫描中，相邻的行（或列）具有相同的扫描方向。在弓形扫描中，相邻的行（或列）具有相反的扫描方向。例如，在弓形水平扫描中，奇数行从左到右扫描而偶数行则从右到左扫描。确定了扫描方式之后，编解码块中的每一个样值都有一个表示该样值在所述扫描方式下扫描顺序的序号。如果一个样值的序号小于扫描主方向的线段长度，则该样值在编解码块的第一行（列）内。

对于一个编解码块，在很多场合需要将其划分成更精细的基元（基本单元），按照预定的时间顺序，一个基元一个基元进行编码或解码。对一个基元内的所有样值，通常施行同一类型的编码或解码操作。在任一时刻，正在编码或解码中的基元称为当前基元。对一个基元进行编码的结果是一个或多个编码参数，最后产生含这些编码参数的压缩数据码流。对一个基元进行解码就是解析所述压缩数据码流获得一个或多个编码参数，从所述一个或多个编码参数复原出重构的数据的样值。

基元的例包括编解码块（整个块作为一个基元）、子块、微块、串、像素串、样值串、索引串、线条。

很多常见的数据集的一个显著特点是具有很多匹配（即相似甚至完全相同）的式样。例如，图像和视频序列中通常有很多匹配的像素图样。因此，现有数据压缩技术中通常采用匹配（也称为预测或补偿）的方式，即用“预测值”（也称为“补偿值”或“参考样值”，例如“参考像素”）来匹配（也称为预测、表示、代表、补偿、近似、逼近等）当前编码或解码中样值（简称为“当前样值”）的方式来达到数据的无损或有损压缩的效果。简单地说，匹配方式的基本操作就是复制参考样值即在参考位置上的样值到当前样值的位置。因此，匹配方式或预测方式也称为复制方式。匹配方式中，已经经历过至少部分编码运算以及至少部分解码运算的重构（也称重建或复原）样值组成参考集（也称参考集空间或参考空间或参考缓存）。参考集之中的重构样值及其位置与原始数据集中的原始样值及其位置是一一对应的。

在进行一个当前块的编解码时，匹配方式将当前块划分成若干匹配（也称预测）基元，一个匹配基元有一个或多个匹配（编码）参数（也称为匹配关系或复制参数或复制关系或参考关系）来表示其特征。匹配参数中最重要的一个参数是位移矢量（也称为运动矢量、位置偏移、偏移量、相对位置、位置、相对地址、地址、相对坐标、坐标、相对索引、索引等）。位移矢量表示当前基元的样值与其参考样值之间的相对位移量，相当于数据样值排列成一维数据后的一维偏移量。显然，从位移矢量可导出参考样值的参考位置所在。当前基元的位移矢量称为当前位移矢量。匹配参数的其他例：匹配类型、匹配长度、不可匹配（预测）样值，等。