【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例涉及算术编码器。其他实施例涉及算术解码器。另外的实施例涉及视频编码器或视频解码器。本专利技术的其他实施例涉及用于对具有符号值的符号进行编码的方法。本专利技术的另外的实施例涉及用于对具有符号值的符号进行解码的方法。本专利技术的其他实施例涉及用于对视频内容进行编码的方法。本专利技术的另外的实施例涉及用于对视频内容进行解码的方法。根据本专利技术的实施例涉及数字表示的内容(例如视频信号、音频信号、神经网络的参数等)的解码器和编码器，其采用例如二进制决策(或者，可选地，具有多于两个状态的决策)的熵编码和解码。根据本专利技术的实施例涉及用于二进制熵编码或解码的概率估计方法，该方法可用于例如视频编码器、视频解码器以及图像编码器、图像解码器、音频编码器、音频解码器、针对神经网络的参数的编码器和解码器等。在该上下文中，二进制熵编码或解码表示对二进制决策序列进行编码或解码的任何方法，其中二进制熵编码器或解码器可以(或在一些情况下必须)在对决策进行编码或解码之前可以被提供有针对每个二进制决策的概率估计。这些概率估计例如由概率估计方法提供，该概率估计方法在编码器和解码器中必须相同。例如，hevc视频压缩标准的cabac的m编码器就是这样的二进制熵编码方案。另一示例是pipe编码概念。
技术介绍
1、算术编码和解码被证明是在对音频和视频内容进行编码和解码以及对其他类型信息(例如图片、神经网络系数等)进行编码时的有价值的工具。本专利技术的实施例可以用于所有这些应用。例如，可以利用二进制序列中的表示视频或音频内容(或其他类型的内容)的二进制
2、然而，为了使算术编码和解码带来最佳的编码效率，重要的是具有关于符号值的概率的良好信息，该信息很好地反映了实际出现的频率。
3、为了适应“0”和“1”的概率(或者一般地，适应要编码的符号的概率)，构思通常用于在总(当前)值范围内调整区间边界，以获得区间细分(例如，使得整个值范围被细分为与不同二进制值或二进制值组相关联的区间)。
4、换言之，关于不同符号(如“0”和“1”)概率的信息用于导出区间大小，该区间大小描述了与符号相关联的区间的宽度(其中，总区间宽度(例如整体编码区间大小值)可以例如取决于编码或解码过程而随时间变化)。
5、因此，需要确定用于编码或解码过程的区间大小信息(例如概率估计)和/或区间大小的构思，例如用于区间细分(例如，用于总编码区间的细分)，这提供了高压缩率和计算效率之间的良好折衷。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例可以涉及编码器(例如算术编码器和视频编码器)以及解码器(例如算术解码器和视频解码器)。例如，所描述的解码器可以允许对由所描述的编码器编码的信息进行解码。相应地，所描述的编码器可以允许对信息进行编码，使得所描述的解码器能够对编码信息进行解码。因此，本专利技术构思的实现可以包括在编码器侧或解码器侧或两侧上实现的特征。因此，关于编码器侧或解码器侧描述的特征的功能和优点可以等效地或类似地分别适用于解码器侧或编码器侧上的对应特征，尽管可能没有明确地重复描述。此外，一些描述的特征可以在本专利技术的多个描述的方面中实现。关于特定方面描述的特征的功能和优点可以等效地或类似地适用于在其他方面的上下文中对应特征的实现，尽管没有明确地重复描述。本专利技术的实施例可以组合关于本专利技术的方面描述的各个特征及其组合。
2、本专利技术的第一方面取决于实现用于符号值的编码或解码的两个或更多个操作模式的思想，使得对于每个操作模式，可以单独选择压缩率和计算工作量之间的折衷。在第一操作模式下，要编码或解码的符号值用于更新一个或多个状态变量值和/或区间大小信息，其用于确定用于对要编码或解码的一个或多个后续符号值进行算术编码或解码的区间大小。因此，对后续符号值的编码或解码可以取决于当前要编码或解码的符号值(即直接在后续符号值之前的符号值)来执行。考虑直接在前的符号值可以提供与符号值相关联的区间大小信息的准确估计，例如符号值的概率估计，并且因此可以允许高压缩。在第二操作模式下，编码器或解码器禁用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新，从而节省计算能力。因此，可以实现更高的数据吞吐量。由于编码器或解码器可以在第一操作模式或第二操作模式下操作，因此编码器或解码器的操作可以适应当前对编码或解码过程或由编码器提供或由解码器接收的比特流的要求。具体地，在预期要编码的符号值保持不变的情形中，即估计符号值改变的概率很低，禁用状态变量值和/或区间大小信息的更新可以允许增加吞吐量，而压缩率可能仅受到很小的影响。例如，可以取决于要编码或解码的符号值的上下文模型来确定区间大小信息，即使状态变量值的更新被禁用，使得仍然可以实现对区间大小信息的可靠确定，例如在区间大小信息主要取决于上下文模型的情况下。在其他示例中，其中区间大小信息的更新被禁用，所需的计算能力可能特别低，从而允许高吞吐量。因此，编码器或解码器的压缩率和吞吐量之间的折衷可以特别准确地适应操作要求。
3、根据第一方面的实施例提供了一种算术编码器，用于对具有符号值(例如二进制值)的多个符号进行编码(例如，以提供包括符号的算术编码表示和辅助信息的比特流)，其中，算术编码器被配置为：在操作的第一模式下，基于一个或多个状态变量值(at+1，bt+1，也称为源统计值)(其例如与给定的上下文模型相关联)来导出用于对要编码的一个或多个符号值(xt+1)进行算术编码的区间大小信息(例如，概率值pt+1或概率值pt+1或plps或移位操作计数值glps)，一个或多个状态变量值表示多个先前编码的符号值(例如，二进制值0和1的序列，例如xt、xt-1、xt-2等)的统计；以及在第一模式下(例如在正常吞吐量操作模式下)，更新一个或多个状态变量值和/或区间大小信息，以用于对一个或多个后续符号值进行编码；其中，算术编码器被配置为在第二模式下(例如，在高吞吐量操作模式下)禁用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新(例如，使得已经用于一个或多个符号值的编码的一个或多个状态变量值和/或已经用于一个或多个符号值的编码的区间大小信息被重用于一个或多个后续符号值的编码)，其中，算术编码器被配置为提供辅助信息(例如，专用比特或标志，或描述简档的辅助信息)，该辅助信息指示是使用启用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新的第一模式还是使用禁用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新的第二模式。
4、根据实施例，算术编码器被配置为在每帧的基础上(例如每帧一次)、或在每片的基础上(例如，每片一次)、或在每图片组的基础上(例如，每图片组一次)或在每序列的基础上(例如，每序列一次)提供辅助信息(例如，专用比特或标志，或描述简档的辅助信息)，该辅助信息指示是使用启用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新的第一模式还是使用禁用对一个或多个状态变量值和/或区间大小信息的更新的第二模式。通过避免为要编码或解码的每个符号值单独提供辅助信息，信令开销以及因此比特流的大小可以是较低的。
5、根据实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于对具有符号值的多个符号(320)进行编码的算术编码器(310)，
2.根据权利要求1所述的算术编码器，
3.根据权利要求1所述的算术编码器，
4.根据权利要求1所述的算术编码器，
5.根据权利要求1所述的算术编码器，
6.根据权利要求1所述的算术编码器，
7.根据权利要求1所述的算术编码器，
8.根据权利要求1所述的算术编码器，
9.根据权利要求8所述的算术编码器，
10.根据权利要求8所述的算术编码器，
11.根据权利要求1所述的算术编码器，
12.根据权利要求1所述的算术编码器，
13.根据权利要求1所述的算术编码器，
14.一种用于对具有符号值的多个符号(520)进行编码的算术编码器(510)，
15.根据权利要求14所述的算术编码器，
16.根据权利要求14所述的算术编码器，
17.根据权利要求14所述的算术编码器，
18.根据权利要求14所述的算术编码器，<...
【技术特征摘要】
1.一种用于对具有符号值的多个符号(320)进行编码的算术编码器(310)，
2.根据权利要求1所述的算术编码器，
3.根据权利要求1所述的算术编码器，
4.根据权利要求1所述的算术编码器，
5.根据权利要求1所述的算术编码器，
6.根据权利要求1所述的算术编码器，
7.根据权利要求1所述的算术编码器，
8.根据权利要求1所述的算术编码器，
9.根据权利要求8所述的算术编码器，
10.根据权利要求8所述的算术编码器，
11.根据权利要求1所述的算术编码器，
12.根据权利要求1所述的算术编码器，
13.根据权利要求1所述的算术编码器，
14.一种用于对具有符号值的多个符号(520)进行编码的算术编码器(510)，
15.根据权利要求14所述的算术编码器，
16.根据权利要求14所述的算术编码器，
17.根据权利要求14所述的算术编码器，
18.根据权利要求14所述的算术编码器，
19.根据权利要求14所述的算术编码器，
20.根据权利要求14所述的算术编码器，
21.根据权利要求14所述的算术编码器，
22.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为基于初始概率值的整数值表示来导出所述移位计数值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
23.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为取决于初始概率值的整数值表示来初始化一个或多个源统计值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
24.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip使用位移操作来初始化一个或多个源统计值at、bt。
25.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip来初始化一个或多个源统计值at、bt：
26.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式导出所述初始概率值的整数值表示pclip：
27.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为基于相同的一个或多个初始化参数来确定用于在所述第一模式下导出所述区间大小信息值的一个或多个源统计值的初始值以及在所述第二模式下使用的所述移位计数值的初始值。
28.根据权利要求14所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为在所述第一模式下根据以下等式获得所述区间大小rlps：
29.根据权利要求28所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式获得所述整数值区间大小信息值plps：
30.一种用于对具有符号值的多个符号(820)进行编码的算术编码器(810)，
31.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为通过加上或减去取决于所述概率值的整数值表示的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
32.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为通过加上或减去作为所述概率值的整数值表示的右移版本的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
33.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式导出所述移位计数值glps：
34.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式导出所述移位计数值glps：
35.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为基于初始概率值的整数值表示来导出所述移位计数值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
36.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为取决于初始概率值的整数值表示来初始化一个或多个源统计值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
37.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip使用位移操作来初始化一个或多个源统计值at、bt。
38.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip来初始化一个或多个源统计值at、bt：
39.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式导出所述初始概率值的整数值表示pclip：
40.根据权利要求30所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为基于相同的一个或多个初始化参数来确定用于在所述第一模式下导出所述区间大小信息值的一个或多个源统计值的初始值以及在所述第二模式下使用的所述移位计数值的初始值。
41.一种用于对具有符号值的多个符号(1020)进行编码的算术编码器(1010)，
42.根据权利要求41所述的算术编码器，
43.根据权利要求41所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为在所述第一模式下将整体编码区间大小值或其位移版本与区间大小信息值或其位移版本相乘，以便获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小；以及
44.根据权利要求41所述的算术编码器，
45.根据权利要求41所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为使用第一映射来确定所述一个或多个第一初始化值，除了一个或多个裁剪操作和一个或多个舍入取整操作之外，所述第一映射将基于一个或多个初始化参数获得的中间概率值线性映射到一个或多个第一初始化值上。
46.根据权利要求41所述的算术编码器，
47.根据权利要求41所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为使用第二映射来确定所述一个或多个第二初始化值，所述第二映射包括计算等于所述中间概率值或基于所述中间概率值的操作数值的对数以及将所述对数的计算结果舍入取整为整数值。
48.根据权利要求41所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式获得一个或多个第一初始化值at和/或bt：
49.根据权利要求41所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为根据以下等式获得第二初始化值glps：
50.一种用于对具有符号值的多个符号(1220)进行编码的算术编码器(1210)，
51.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为确定所述整体编码区间大小值，使得在对符号值进行编码之前所述整体编码区间大小值在以下区间中：
52.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为在所述第一模式下将整体编码区间大小值或其位移版本与区间大小信息值或其位移版本相乘，以便获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小。
53.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为在所述第二模式下通过将位移操作应用于所述整体编码区间大小值来获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小，其中，所述整体编码区间大小值被移位的比特数由所述区间大小信息确定。
54.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为当在所述第二模式下操作时导出移位计数值，所述移位计数值描述所述整体编码区间大小值被移位了多少比特。
55.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述算术编码器被配置为将所述移位计数值限制为最大值gmax，以及
56.根据权利要求50所述的算术编码器，
57.根据权利要求50所述的算术编码器，其中，所述第一比特数适合于所述第一最大值，使得由所述第一比特数定义的比特数表示的整体编码大小值的移位导致非零值，以及
58.一种用于对具有符号值的多个符号(420)进行解码的算术解码器(490)，
59.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为在每帧的基础上、或在每片的基础上、或在每图片组的基础上或在每序列的基础上接收所述辅助信息(416)，所述辅助信息(416)指示是使用启用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第一模式还是使用禁用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第二模式。
60.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为在每简档的基础上接收所述辅助信息(416)，所述辅助信息(416)指示是使用启用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第一模式还是使用禁用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第二模式。
61.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为接收专用辅助信息(416)，所述专用辅助信息(416)指示是使用启用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第一模式还是使用禁用对所述一个或多个状态变量值和/或所述区间大小信息的更新的所述第二模式。
62.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为当使用所述第二模式时重用一个或多个先前确定的状态变量值和/或先前确定的区间大小信息。
63.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于整体编码区间大小值并且基于所述区间大小信息来获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小。
64.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为当在所述第一模式下操作时使用第一计算规则并且当在所述第二模式下操作时使用第二计算规则来基于整体编码区间大小值并且基于所述区间大小信息获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小。
65.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为通过以下操作来基于整体编码区间大小值并且基于所述区间大小信息获得与多个可能的符号值中的符号值相关联的区间大小：
66.根据权利要求65所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于包括bits个比特的概率值的整数值表示，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来确定移位计数值，所述移位计数值描述所述整体编码区间大小值被移位的比特数。
67.根据权利要求65所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于一个或多个初始化参数来确定移位计数值，所述移位计数值描述所述整体编码区间大小值被移位的比特数。
68.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式获得第一状态值的更新版本at+1：
69.根据权利要求58所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为执行第一状态变量值和第二状态变量值的加权组合，以便获得所述区间大小信息。
70.根据权利要求58所述的算术解码器，
71.一种用于对具有符号值的多个符号(620)进行解码的算术解码器(690)，
72.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为导出移位计数值，所述移位计数值描述所述整体编码区间大小值被移位了多少比特。
73.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于描述多个可能的符号值中的符号值的概率的概率值来导出移位计数值，所述移位计数值描述所述整体编码区间大小值被移位了多少比特。
74.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于包括bits个比特的所述概率值的整数值表示，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
75.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为通过加上或减去取决于所述概率值的整数值表示的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
76.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为通过加上或减去作为所述概率值的整数值表示的右移版本的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
77.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式导出所述移位计数值glps：
78.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式来导出所述移位计数值glps：
79.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于初始概率值的整数值表示来导出所述移位计数值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
80.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为取决于初始概率值的整数值表示来初始化一个或多个源统计值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
81.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为取决于初始概率值的范围受限的整数值表示使用位移操作来初始化一个或多个源统计值。
82.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip来初始化一个或多个源统计值at、bt：
83.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式导出所述初始概率值的整数值表示pclip：
84.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于相同的一个或多个初始化参数来确定用于在所述第一模式下导出所述区间大小信息值的一个或多个源统计值的初始值以及在所述第二模式下使用的所述移位计数值的初始值。
85.根据权利要求71所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为在所述第一模式下根据以下等式获得所述区间大小rlps：
86.根据权利要求85所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式获得所述整数值区间大小信息值plps：
87.一种用于对具有符号值的多个符号(920)进行解码的算术解码器(990)，
88.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为通过加上或减去取决于所述概率值的整数值表示的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少的操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
89.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为通过加上或减去作为所述概率值的整数值表示的右移版本的值，使用相对于所述概率值的整数值表示增加或减少操作数值的最高有效非零位的位位置的确定来导出所述移位计数值。
90.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式导出所述移位计数值glps：
91.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式来导出所述移位计数值glps：
92.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于初始概率值的整数值表示来导出所述移位计数值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
93.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为取决于初始概率值的整数值表示来初始化一个或多个源统计值，所述初始概率值是基于一个或多个上下文模型初始化参数获得的。
94.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为取决于初始概率值的范围受限的整数值表示使用位移操作来初始化一个或多个源统计值。
95.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式取决于初始概率值的范围受限的整数值表示pclip来初始化一个或多个源统计值at、bt：
96.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为根据以下等式来导出所述初始概率值的整数值表示pclip：
97.根据权利要求87所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为基于相同的一个或多个初始化参数来确定用于在所述第一模式下导出所述区间大小信息值的一个或多个源统计值的初始值以及在所述第二模式下使用的所述移位计数值的初始值。
98.一种用于对具有符号值的多个符号(1120)进行解码的算术解码器(1190)，
99.根据权利要求98所述的算术解码器，
100.根据权利要求98所述的算术解码器，
101.根据权利要求98所述的算术解码器，
102.根据权利要求98所述的算术解码器，其中，所述算术解码器被配置为使用第一映射来确定所述一个或多个第一初始化值，除了一个或多个裁剪操作和一个或多个舍入取整操作之外，所述第一映射将基于一个或多个初始化参数获得的中间概率值线性映射到一个或多个第一初始化值上。
103.根据权利要求98所述的算术解码...
【专利技术属性】
技术研发人员：海勒·基希霍夫，德特勒夫·马尔佩，本杰明·布鲁斯，潘·浩·桐·阮，克里斯蒂安·鲁达特，海科·施瓦茨，托马斯·威甘德，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：
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