[发明专利]通过由选出的训练信号生成的码本进行视频编码的矢量量化

说明书

本发明涉及一种用于获取训练信号的编码器，其中，所述编码器用于为后续帧的视频序列的矢量量化训练码本，其中，每个帧被分为多个编码块。所述编码器包括标量量化单元，用于从预测误差中为所述视频序列的一个或多个训练帧的每个编码块获取标量量化信号；熵编码单元，用于为每个训练帧的每个编码块将所述标量量化信号熵编码为输出信号；数据选择单元，用于根据一个或多个编码块的各自输出信号的代价函数，从训练帧中选择所述一个或多个编码块；为每个选出的编码块获取从所选出的编码块的预测误差中导出的训练信号；为所述视频序列的矢量量化训练所述码本。

技术领域

本发明通常涉及视频处理领域，具体涉及视频编解码和视频传输系统。本发明还涉及用于获取训练信号的编码器和方法，其中，所述编码器和方法用于为矢量量化训练码本，涉及一种用于获取训练信号的解码器和方法，其中，所述解码器和方法用于为逆矢量量化训练码本，以及涉及基于获取的训练信号的码本生成。最后，本发明涉及一种包含程序代码的计算机程序，以执行所述方法。

背景技术

由ISO和ITU开发的国际视频编码标准是混合编码，包括变换、标量量化、变换跳转、运动补偿预测、运动估计、熵编码、去块滤波、采样自适应偏移。对于视频序列来说，每个帧被分割成多个块状区域。视频序列的第一帧仅通过帧内预测进行编码。对于序列或随机接入点之间的所有其它帧，大多数块通常使用帧间预测编码模式。

变换编码和标量量化是混合视频编码系统的元素。所述变换编码和标量量化被用于高效视频编码(High Efficiency Video Coding，简称HEVC)标准以及所有H.261、MPEG-1到AVC/H.264的前身。使用离散余弦逆变换(inverse discrete cosine transform，简称IDCT)的不同大小的核心矩阵被指定用于运动补偿视频压缩，而为在HEVC中的编码4×4内部块提供备选的离散正弦变换(discrete sine transform，简称DST)，以提高压缩性能。在HEVC中引入变换跳转来绕开某些编码块的变换。

通常，帧内或帧间预测的残差数据是空间变换的，所述残差数据是原始帧或块与该残差数据预测之间的预测误差或差异。对残差变换系数进行缩放和独立量化，也称为标量量化(scalar quantization，简称SQ)。该标量量化占据比特流中的大部分比特率。随着量化参数(quantization parameter，简称QP)从36变化到20，变换和量化的比特百分比从60％变化到90％。

矢量量化(vector quantization，简称VQ)是一种强大的数据压缩方案，比如A.Gersho和R.M.Gray的“矢量量化和信号压缩”，Kluwer Adademic Publishers、1992年4月。在比特率降低方面，矢量量化优于标量量化，因为VQ一次量化多组数据而不是一次量化一个，并且将像素强度矢量映射为二进制矢量，实现对有限数量的可能再现进行索引。

M.Wagner和D.Saupe的文献“四叉树视频编码和自适应矢量量化”，欧洲信号处理会议第10期、2000年，提出了一种无运动估计的编码方案。该方法基于在小波域中具有固定码本的自适应矢量量化和四叉树结构。

在B.H.Huang、F.Henry、C.Guillemot和P.Salembier的文献“视频压缩中的残基编码的具有速率失真优化码本的模式相关矢量量化”，IEEE声学、语音和信号处理(IEEEInternational Conference on Acoustics，Speech and Signal Processing，简称ICASSP)国际会议、2015年4月，介绍以HEVC中的VQ作为二阶预测方法，以进一步减少HEVC已知的帧内预测残差中的剩余相关性。