CN104427346A - 用于预测三维视频中的深度四叉树的方法和装置 - Google Patents

用于预测三维视频中的深度四叉树的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对多视点视频中的深度信息进行预测和编码的方法和装置。所述方法包括：由编码装置结合当前多视点视频画面的纹理的编码单元的分割信息对与当前多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行编码，其中所述编码单元具有四叉树结构。通过结合当前多视点视频画面的纹理的具有四叉树结构的编码单元的分割信息对与当前多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行预测和编码，可以降低待发送的深度信息的编码数据量以及编码和解码的复杂度。

Description

用于预测三维视频中的深度四叉树的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于对三维(下文中称为“3D”)图像进行编码和解码的方法和装置。更具体地，本发明涉及用于预测3D视频中的深度四叉树的方法和装置。
背景技术
一般情况下，图像压缩方法使用帧间预测和帧内预测技术来去除画面的冗余以提高压缩效率。
使用帧间预测对图像进行编码的方法通过去除画面之间的空间冗余来对图像进行压缩。例如，使用帧间预测对图像进行编码的方法包括运动补偿预测编码方法。
运动补偿预测编码从在当前编码画面之前和/或之后的至少一个参考画面中搜索与当前编码块相似的区域以生成运动矢量(MV)，并且进行离散余弦变换(DCT)、量化、熵编码，然后发送通过执行运动补偿而获得的预测块的残差值和使用所生成的运动矢量的当前预测单元的残差值。
在用于运动补偿的帧间预测的情况下，将一个画面分成具有预定尺寸的多个块以生成MV，并且使用所生成的运动矢量来执行运动补偿。将针对通过执行运动补偿而获得的每个预测块的单独的运动参数发送至解码器。
在3D图像的情况下，归因于图像的特征，每个像素都包括深度信息和像素信息，并且编码器可以获得深度信息以向解码器发送多视点视频图像信息和深度信息。
发明内容
本公开内容是鉴于上述问题而做出的，并且本公开内容提供能够降低在3D多视点图像的情况下对深度信息进行预测和编码时发送的编码数据量的方法及装置。
在一些示例性实施方式中，对多视点视频中的深度信息进行预测和编码的方法包括：由编码装置结合当前多视点视频画面的纹理的编码单元的分割信息对与当前多视点视频画面的纹理并置(collocated)的深度信息进行编码，其中所述编码单元具有四叉树结构。
本方法还可以包括：区分当前多视点视频画面的纹理的前景和背景(background)，以取决于前景和背景来不同地确定是否发送比特信息，其中所述比特信息指示是否对与当前多视点视频画面的纹理并置的深度信息执行分割操作。
通过结合当前多视点视频画面的纹理的编码单元(下文中称为“CU”)的分割信息对与当前多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行预测和编码，可以降低所发送的深度信息的编码数据量，其中所述编码单元具有四叉树结构。
通过区分当前多视点视频画面的纹理的前景和背景以取决于前景和背景来不同地确定是否发送比特信息，可以降低所发送的深度信息的编码数据量以及编码和解码的复杂度，其中所述比特信息指示是否对与当前多视点视频画面的纹理并置的深度信息执行分割操作。
附图说明
根据结合附图的以下详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显。
图1和图2是示出根据本发明的示例性实施方式的、结合3D多视点视频画面的纹理的四叉树编码单元的分割信息对与3D多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行预测和编码的方法的概念图；以及
图3是示出根据本发明的示例性实施方式的CU的递归编码单元结构的概念图。
具体实施方式
将参照附图来详细描述本公开内容的示例性实施方式。贯穿附图，使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。可以省略对并入本文中的公知功能和结构的详细描述以避免模糊本公开内容的主题。
然而，实施方式不限于特定实施方式，而是实施方式包括属于本实施方式的技术范围的不背离本发明精神的所有修改方案、等同方案和替换方案。
术语“第一”和“第二”可以用于指代各种部件，但部件不受限于上述术语。上述术语用于将一个部件与另一部件进行区分。例如，在不背离本公开内容的权利的情况下，第一部件可以被称为第二部件，反之亦然。术语“和/或”用于指代多个项的组合或多个项中的任一项。
当部件被称为“连接至”或“链接至”另一部件时，所述部件可以是直接连接至或链接至另一部件，或者在其间可以存在中间部件。相反，如果部件被称为“直接连接至”或“直接链接至”另一部件，则在其间不可以存在中间部件。
本文所使用的术语仅是为了描述特定示例性实施方式的目的，而不旨在限制本发明构思。在本文中使用时，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”还旨在还包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在该说明书中被使用时表示存在所阐述的特征、个体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在有或增加有一个或更多个其它特征、个体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另有定义，否则在本说明书中所使用的术语——包括科技术语——可以具有本领域技术人员通常理解的含义。诸如在常用字典中定义的术语之类的术语必须基于相关技术的上下文来解释，而不能理想地或极端地被解释。
在下文中，将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施方式。在以下描述中，为了说明的目的，相同的部件将被分配有相同的附图标记，并且为了避免冗余，将省略关于相同部件的重复描述。
在下文中，编码单元(CU)可以具有矩形像素尺寸和2N×2N(单位像素)的可变尺寸。CU可以包括递归编码单元结构。帧间预测、帧内预测、变换、量化、去块滤波和熵编码可以以CU为单位来实现。
预测单元(下文中称为“PU”)为执行帧间预测或帧内预测的基本单元。在下文中，块可包括CU或PU。
图1和图2是示出根据本发明的示例性实施方式的结合3D多视点视频画面的纹理的四叉树CU的分割信息对与3D多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行预测和编码的方法的概念图。图3是示出根据本发明的示例性实施方式的CU的递归编码单元结构的概念图。
首先，参照图3，每个编码单元CU具有正方形形状并且可以具有2N×2N(单位：像素)的可变尺寸。可以以每个编码单元为基础执行帧间预测、帧内预测、变换、量化和熵编码。编码单元CU可以包括最大编码单元LCU和最小编码单元SCU。最大编码单元LCU或最小编码单SCU的尺寸可以由2的幂次方来表示，所述2的幂次方可以为8或更大。
根据实施方式，编码单元CU可以具有递归树结构。图3示出了如下示例：最大编码单元LCU(或CU0)的边的尺寸为2N0，其中当最大级或最大级深度为5时2N0为128(N0＝64)。递归结构可以通过一系列的标志来表示。例如，在级或级深度为k的编码单元CUk的标志值为0时，在当前级或级深度上执行对编码单元CUk的编码。当标志值为1时，将编码单元CUk分割为级或级深度为k+1并且尺寸为Nk+1×Nk+1的四个独立的编码单元CUk+1。在该情况下，编码单元CUk+1可被递归地处理直到其级或级深度达到容许的最大级或最大级深度为止。当编码单元CUk+1的级或级深度与容许的最大级或最大级深度(其为例如图3所示的4)相同时，任何进一步的分割都是不容许的。
可以将最大编码单元LCU的尺寸和最小编码单元SCU的尺寸包含在序列参数集(SPS)中。序列参数集SPS可以包括最大编码单元LCU的容许的最大级或最大级深度。例如，在图3所示的示例中，容许的最大级或最大级深度为5，并且当最大编码单元LCU的边的尺寸为128像素时，五个编码单元尺寸例如128×128(LCU)、64×64、32×32、16×16和8×8(SCU)是可能的。也就是说，给定最大编码单元LCU的尺寸和容许的最大级或最大级深度，可以确定编码单元的容许尺寸。
在高分辨率例如超HD情况下，考虑到编码器和解码器的复杂度，可以将编码单元的尺寸限制成最大尺寸为64×64。
使用上述递归编码单元结构可以提供以下优点。
首先，可以支持与现有16×16宏块的尺寸相比较大的尺寸。如果所关注的图像区域是均匀的，则最大编码单元LCU可以用与使用许多较小的块的情况相比较少数目的符号来表示所关注的图像区域。
第二，与使用固定尺寸的宏块的情况相比，可以支持任何尺寸的最大编码单元LCU，使得编解码器可以被容易地优化至各种内容、应用和装置。也就是说，可以适当地选择最大编码单元LCU的尺寸、最大级或最大级深度，使得与目标应用相比，可以进一步优化分层块结构。
第三，不论是宏块、子宏块还是扩展宏块，都使用单一单元类型的编码单元LCU使得可以通过使用最大编码单元LCU的尺寸、最大级(或者最大级深度)和一系列标志来简单表示多级分层结构。当与尺寸无关的语法表示一起使用时，编码单元LCU足以表示一个对于其余编码工具来说泛化尺寸(generalized size)的语法项，并且这样的一致性可以简化实际的解析过程。最大级值(或最大级深度值)可以是任何值，并且可以具有比在现有H.264/AVC编码方案中容许的值大的值。通过使用尺寸无关的语法表示，可以以与编码单元CU的尺寸无关的一致方式来表示所有语法元素。用于编码单元的分割过程可以被递归地表示，并且用于叶子编码单元(级中的最后的编码单元)的语法元素可以被定义成相同的尺寸，而不管编码单元的尺寸如何。上述表示在降低解析复杂度方面是非常有效的，并且在容许高的级或级深度时可以使表示更加清晰。
如果完成了分层分割过程，则可以对编码单元分层单元的叶子节点执行帧间预测或帧内预测，而不进一步进行分割。该叶子编码单元被用作作为帧间预测或帧内预测的基本单元的预测单元PU。
为了帧间预测或帧内预测，对叶子编码单元实行分区。也就是说，对预测单元PU执行分区。此处，预测单元PU是用于帧间预测或帧内预测的基本单元，并且预测单元PU可以是现有的宏块单元或子宏块单元，或者是尺寸为32×32像素或更大的可扩展块或编码单元。
分区包括现在更加详细描述的不对称分区、除了方形之外的任何形状的几何分区和沿边缘方向的分区。
首先，参照图3，每个CU可以具有矩形形状和2N×2N(单位像素)的可变尺寸。帧间预测、帧内预测、变换、量化、去块滤波和熵编码可以在CU单元中完成。CU可以包括最大编码单元(下文中称为“LCU”)和最小编码单元(下文中称为“SCU”)。LCU和SCU的尺寸可以表示成大小为8或更大的2的幂次方。
根据本发明的实施方式的CU可以包括递归树结构。
图3示出了其中LCU CU0的一个边的尺寸2N0为128(N0＝64)并且最大层级或层深度为5的情况。递归结构可以通过一系列标志来表示。例如，层级或层深度为k的编码单元CUk的标志值为0，针对当前层级或层深度对编码单元CUk进行编码。当编码单元CUk的标志值为1时，将当前层级或层深度为k的编码单元CUk分割为四个独立的编码单元CUk+1。所分割的编码单元CUk+1的层级或层深度为k+1并且尺寸为Nk+1×Nk+1。在该情况下，编码单元CUk+1可以被表示为子编码单元。可以递归地处理编码单元CUk+1，直到编码单元CUk+1的层级或层深度达到最大容许层级或层深度为止。当编码单元CUk+1的层级或层深度等于最大容许层级或层深度(作为示例表示的图3中的4)时，不容许再进行分割。
可以将LCU的尺寸和SCU的尺寸包含在序列参数集(下文中称为“SPS”)中。SPS可以包含LCU的最大容许层级或层深度。例如，在图3的情况下，最大容许层级或层深度为5。当LCU的边的尺寸为128(单位像素)时，包括128×128(LCU)、64×64、32×32、16×16和8×8(SCU)的5种类型的编码单元尺寸是可能的。也就是说，如果给定LCU的尺寸和最大容许层级或层深度，则可以确定编码单元的容许尺寸。考虑到在具有超高清晰度(HD)或更高分辨率等级的高分辨率中编码器和解码器的复杂度，可以将编码单元的尺寸限制到最大64×64像素尺寸或者更小。
使用如上所述的根据本发明的实施方式的递归单元结构的情况的优点如下。
首先，可以支持与现有16×16宏块相比较大的尺寸。如果所关注的图像区域是均匀的，则LCU可以用与使用多个小块的情况相比较少数目的符号来表示所关注的图像区域。
第二，与使用具有固定尺寸的宏块的情况相比，通过支持具有各种尺寸的LCU，可以容易地在各种内容、应用和装置处优化编解码器。也就是说，通过适当地选择LCU的尺寸、最大层级或最大层深度，分级块结构可以被进一步优化至目标应用。
第三，通过使用称为CU的一个单一单元形式而不区分宏块的尺寸和子宏块的尺寸，多级分层结构可以用LCU的尺寸、最大层级(或者最大层深度)和一系列标志来简单地表示。当与尺寸无关的语法表示一起使用时，它足以标记一个针对其余编码工具来说泛化尺寸的语法项，并且这样的一致性可以简化实际的解析过程。层级的最大值(或最大层深度)可以具有可选的值，并且可以具有比在现有H.264/AVC编码方案中容许的值大的值。可以使用尺寸无关的语法表示以独立的一致方案将所有的语法元素标记成CU的尺寸。针对CU的分割过程可以被递归地标记。针对叶子编码单元(层级的最终编码单元)的其他语法元素可以被定义成具有相同的尺寸，而不管CU的尺寸如何。
上述表示对于降低解析的复杂度是非常有效的。当容许较大层级或层深度时，可以提高表示的清晰度。
如果完成了上述分层分割过程，则可以执行针对CU层树的叶子节点的帧间预测或帧内预测，而不再进行分割。叶子编码单元用作作为帧间预测或帧内预测的基本单元的PU。针对叶子编码单元的分区被分割以用于帧间预测或帧内预测。也就是说，针对PU执行分区分割。在该情况下，PU是指用于帧间预测或帧内预测的基本单元。PU可以变成现有的宏块单元或者子宏块单元和尺寸为32×32像素或更大的块单元。
用于帧间预测或帧内预测的分区分割可以以不对称分区方案来实现和以具有除了方形之外的预定形状的几何分区方案来实现。
图1示出了对3D多视点视频画面中的给定纹理(颜色)的CU进行分割的过程。参照图1，位于正中的深度图像表示与3D多视点视频画面的给定纹理的CU并置的深度图像。
如图1所示，在3D多视点视频的情况下，以下是公知的：相比于与给定纹理(颜色)的CU并置的深度图像，3D多视点视频画面的给定纹理(颜色)的CU更频繁地被分区。
根据本发明的实施方式，CU可以具有如图3所示的四叉树结构。
根据本发明的实施方式，如果给定纹理的CU不再被分割，则编码器不向解码器发送指示符(indicator)。该指示符指示是否对深度图像执行分割操作(过程)，并且所述深度图像是与给定纹理并置的。
同时，如果给定纹理的CU被进一步分割为下一级或下一深度，则编码器向解码器发送指示符。该指示符指示是否对深度图像执行分割操作(过程)，并且所述深度图像是与给定纹理并置的。
因此，深度图像的给定CU被分割的次数不多于并置的纹理的CU的分割次数。
在该情况下，向解码器发送具有1比特的指示符，使得解码器可以通过指示相应的深度是否被分割来进行解码。在解码时如果纹理被分割，则当来自编码器的指示符为分割时解码器将残差深度解码成1。相反，在来自编码器的指示符为不分割时，解码器将残差深度解码成0。
在3D多视点视频画面的纹理的CU具有递归四叉树结构的情况下，当使用针对3D多视点视频画面的深度的复杂四叉树结构对深度信息进行编码并且将其发送时，在3D多视点视频情况下增加了待发送的编码数据量。
因此，如上所述，编码装置结合当前3D多视点视频画面的纹理的四叉树CU的分割信息对与当前3D多视点视频画面的纹理并置的深度信息进行预测和编码。
本发明的另一实施方式可以通过如下方式来降低待发送的深度信息的编码数据量以及编码和解码的复杂度：即，通过区分当前3D多视点视频画面的纹理的前景和背景，取决于前景和背景来不同地确定是否发送比特信息，其中所述比特信息指示是否对与当前多视点视频画面的纹理并置深度信息执行分割操作。
详细地，另一实施方式区分前景和背景以检查其间是否存在深度差。
a)由于当深度差等于或大于预定值(背景或远距离对象)时会牺牲精度，所以如果纹理的CU不被分割，则不向解码器发送单独的指示符。
b)当深度差小于预定值(前景或附近对象)时，发送具有1比特的指示符使得指示深度是否被分割，以对分割的存在性进行编码。在解码时如果纹理被分割，则当来自解码器的指示符为分割时，解码器将残差深度解码成1。相反，当来自解码器的指示符为不分割时，解码器将残差深度解码成0。
也就是说，深度图像的给定CU被分割的次数不多于并置的纹理的CU的分割次数。
尽管已经相当详细地描述了以上实施方式，但对于本领域技术人员来说，一旦完全理解上述公开内容，则许多变形和修改将是明显的。本文意在所附权利要求被解释成包含所有这样的变体和修改。

Claims (10)

1.一种对多视点视频中的深度信息进行预测和编码的方法，所述方法包括：
由编码装置结合当前多视点视频画面的纹理的编码单元的分割信息对与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置的深度信息进行编码，其中所述编码单元具有四叉树结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当在所述编码装置中所述当前多视点视频画面的所述纹理的所述编码单元不再被分割时，所述编码装置不向解码器发送指示是否对深度图像执行分割操作的指示符，其中所述深度图像与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当在所述编码装置中所述当前多视点视频画面的所述纹理的所述编码单元被进一步分割为下一级或下一深度时，所述编码装置向解码器发送指示是否对深度图像执行分割操作的指示符，其中所述深度图像与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述编码装置向解码器发送具有1比特的指示符以使得所述解码器指示深度图像是否被分割。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：区分所述当前多视点视频画面的所述纹理的前景和背景，以取决于所述前景和所述背景来不同地确定是否发送比特信息，其中所述比特信息指示是否对与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置的所述深度信息执行分割操作。
6.一种对多视点视频中的深度信息进行预测和编码的装置，所述装置结合当前多视点视频画面的纹理的编码单元的分割信息对与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置的深度信息进行编码，其中所述编码单元具有四叉树结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，当在所述编码装置中所述当前多视点视频画面的所述纹理的所述编码单元不再被分割时，所述编码装置不向解码器发送指示是否对深度图像执行分割操作的指示符，其中所述深度图像与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置。
8.根据权利要求6所述的装置，当在所述编码装置中所述当前多视点视频画面的所述纹理的所述编码单元被进一步分割为下一级或下一深度时，所述编码装置向解码器发送指示是否对深度图像执行分割操作的指示符，其中所述深度图像与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述编码装置向解码器发送具有1比特的指示符以使得所述解码器指示深度图像是否被分割。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述编码装置区分所述当前多视点视频画面的所述纹理的前景和背景，以取决于所述前景和所述背景来不同地确定是否发送比特信息，其中所述比特信息指示是否对与所述当前多视点视频画面的所述纹理并置的所述深度信息执行分割操作。
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