[发明专利]使用弓形扫描串预测及串位置编码的数据压缩方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对二维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。

二维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）组成的排列成一定形状的有限数据的集合（例如：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）。对二维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块的子集，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，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）一个线段上的全部像素，然后再扫描相邻的平行的线段上的全部像素，依次逐线段扫描，直至扫描完一个二维形状的区域的全部像素。扫描主方向为水平方向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。

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。

现有常用的一种匹配方式是串匹配（也称串预测或串复制）方式。在串匹配方式中，将一个编解码块的像素按照块的扫描方式和方向排列成像素的串后，再进行编解码。串匹配方式的特征在于基本匹配单位是具有预先确定的一定形状但长度可变的串（样值串）。串匹配的基本匹配参数（也称为匹配关系或复制参数或复制关系）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）和串长度以及未匹配样值。位移矢量表示当前样值串（简称当前串）的参考样值串（简称参考串）的参考位置所在，等价于数据样值排列成一维数据后的一维偏移量。串长度表示当前串的长度即样值的数目。未匹配样值又称无参考样值，表示没有参考样值的当前样值。

串匹配具有灵活的匹配形状和可变的匹配长度，能够达到比块匹配高得多的匹配精度，但也存在匹配参数（也称为匹配关系或复制参数或复制关系）较多，消耗较多比特数对其进行编码的问题，影响了编码效率。

发明内容

为了解决串匹配方式中的这一问题，本发明提供了一种采用弓形扫描进行串匹配编解码并且对串的位移矢量按照预定规则采用预定的多套方案之一进行编解码的数据压缩方法和装置。所述多套方案需要消耗不同的比特数。根据预定规则，采用消耗比特数最少的方案对一个串的位移矢量进行编解码，可以减少串匹配所消耗的比特数，大大提高编码效率。

本发明的首要技术特征是采用弓形扫描进行串匹配编解码并且采用预定的多套（即两套或以上）方案对串的位移矢量进行编解码。

本发明中，优选地，根据预定规则，选择所述多套方案之一对一个串的位移矢量进行编解码。