CN105122809A - 帧内编码的预测值派生的方法和装置 - Google Patents

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CN105122809A CN201480020741.4A CN201480020741A CN105122809A CN 105122809 A CN105122809 A CN 105122809A CN 201480020741 A CN201480020741 A CN 201480020741A CN 105122809 A CN105122809 A CN 105122809A
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林建良
陈渏纹
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Abstract

本发明揭示了一种基于样本的简化的深度编码(SDC)的方法和装置。系统根据所选择的帧内模式基于重建后的相邻深度样本确定当前深度块的预测样本，并为当前深度块确定偏置值。最终的重建的样本是通过将偏置值加到每个预测样本上派生的。偏置值对应于当前深度块的重建的深度值与预测的深度值之间的差值。偏置值可以从残值派生，且残值可以在解码器侧间接派生或在比特流中发送。所选择的帧内模式可对应于平面模式，预测样本是根据平面模式派生的。

Description

帧内编码的预测值派生的方法和装置
【交叉参考相关引用】
本发明要求2013年4月11日申请的序列号为61/810，797，标题为“MethodofDerivingthePredictingValueinIntraCoding”的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请在此全部并入参考。
【技术领域】
本发明涉及三维和多视图视频编码。特别地，本发明涉及使用简化的深度编码的深度编码。
【背景技术】
近年来，三维(3D)电视已经成为一种技术趋势，其致力于带给观众生动的观看体验。多视图视频是一种俘获和描绘3D视频的技术。多视图视频通过同时使用多个相机俘获一个场景来典型地创建，其中多个相机合适地放置以便每个照相机从一个视图俘获此场景。具有与视图关联的大量视频序列的多视图视频表示大数量数据。因此，多视图视频将要求较大存储空间以储存和/或较高的带宽以传送。因此，多视图视频编码技术已经在本领域发展以减少所要求的存储空间和传送带宽。在三维和多视图编码系统中，文本数据以及深度数据被编码。
对于深度图，简化的深度编码(SimplifiedDepthCoding，SDC)，其也称作分段式(segment-wise)DC编码，是备选的帧内编码模式。SDC是否使用由在编码单元(CodingUnit，CU)级的SDC旗标标示(signal)。对于SDC，深度块由现有的帧内模式或深度模型模式1来进行帧内预测。SDC编码的CU的分割大小通常是2Nx2N，并因此不需要在比特流中标示关于SDC编码的CU的块大小。此外，SDC编码的残值依据深度块是否分为一个或两个片段来由一个或两个常数残值来表示，而不是编码为量化转换系数。
根据基于HEVC(3D-HEVC)的现存的三维视频编码，特定信息为SDC编码的块来标示。标示的信息包含：
1.当前块的分割/预测类型。可能的值是
i.DC(直流；1片段)
ii.DMM(深度模型编码模式)模式1-明确楔(ExplicitWedgelets)(2个片段)
iii.平面(1片段)。
2.对于DMM，附加的预测信息被编码。
3.对于每个结果片段，残值(在像素域)在比特流中被标示。
在深度编码过程中，深度残值被映射到限制的深度值，其呈现在原始深度图。限制的深度值由深度查找表(DLT)表示。因此，残值可以由标示指向此查找表的条目的索引来编码。呈现在深度图中的深度值通常限制于小于可以由深度俘获装置表示的总数的数目。因此，DLT的使用可减少残值幅度要求的位深度。此映射表发送到解码器，以便从索引到有效的深度值的反向查找表可以在解码器执行。
在编码器侧，即将被编码进比特流的残值索引iresi根据以下来确定：
iresi＝I(dorlg)-I(dpred)(1)
其中dorlg表示确定用于深度块的原始深度值，dpred表示预测深度值，以及I(.)表示索引查找表。计算后的残值索引ipesi然后与重要旗标、符号旗标以及残值索引的幅度的位一起编码，其中dvalid表示有效的深度值的数目以及是对应于不小于x的最小整数的上取整函数。
深度查找表利用深度图的稀疏特性(sparseproperty)，其中仅仅全部可用的深度范围(例如，28)的少数深度值将典型地呈现在深度图中。在编码器，动态深度查找表通过分析输入序列的多个帧(例如，一个帧内期间)来构建。此深度查找表在编码过程中使用以减少残值信号的有效信号位深度。
为了重建查找表，编码器从即将编码的输入视频序列读取预定义数目的帧，并扫描所有样本用于深度值的出现。在此过程中，基于原始未压缩的深度图生成将深度值映射到现存的深度值的映射表。
深度查找表D(.)、索引查找表I(.)、深度映射表M(.)以及有效的深度值的数目dvalid由分析深度图Dt的以下过程派生：
1.初始化
·对于所有深度值d，布尔向量B(d)＝PALSE
·索引计数器t＝0。
2.对于多个时间段t，处理Dt中的每个像素位置p：
·设置B(Dt(P))＝TRUE以标记有效的深度值。
3.计算B(d)中TRUE值的数目。结果设置为dvalid的值。
4.对于每个d，B(d)＝＝TRUE：
·设置D（t）＝d，
·设置M(d)＝d，
·设置I(d)＝t，以及
·t＝t+1。
5.对于每个d，B(d)＝＝FALSE：
·找出以及
·设置
6.设置
如上所述，在现存的SDC中的存在三个类型的分割和预测。对于三个类型的分割和预测的相应过程描述于下。
DC：
-DC预测值(预测深度值(dpred))使用上边块和左侧块的所有直接邻近样本的平均值来从相邻块预测。
DMM模式：
-边缘信息是由起始/结束侧和对应索引来定义。
-如图1所示，每个片段的DC预测值(预测深度值(dpred))由相邻深度值来预测。两个深度块(110和120)显示于图1，其中每个块由虚线所示分割成两个片段。块110的重建后的相邻深度样本由参考112和114来指示，块120的重建后的相邻深度样本由参考122和124来指示。
平面：
-如图2所示生成平面模式的预测符。如图2A所示，线性内插用于为右侧列和底部行生成预测符。对于右侧列，线性内插是基于在A和Z的深度值。对于底部行，线性内插是基于在B和Z的深度值。在右侧列和底部行被内插后，如图2B所示，剩余深度位置的预测符是使用来自四侧的四个相应深度样本来双向线性内插的。
-DC预测值(预测深度值(dpred))是平面模式的预测符的平均。
在以上派生过程中，预测样本参考由帧内编码模式生成的预测后的值，其可以是现有3D-HEVC中的DC模式、DMM模式1或平面模式。在解码器侧的DC模式的重建过程图示于图3。当前深度块(310)的DC预测值(PredDC)基于相邻的重建后的深度值来确定。在图3，原始深度值显示于当前深度块(310)。残值通过将反向查找应用在所接收的残值索引上来获得。当前深度块的重建后的深度值(RecDC)通过将残值加上PredDC来获得。重建后的深度值(RecDC)然后用于当前重建后的深度块(320)的所有深度样本。
在解码器侧的DMM模式1的重建过程图示于图4。当前深度块(410)分割成两个片段。当前深度块(410)的两个片段的DC预测值(PredDC1和PredDC2)是基于相应相邻重建后的深度值确定的。在图4中，原始深度值显示于当前深度块(410)。残值(residual1和residual2)是通过在所接收的残值索引上应用反向查找而获得的。当前深度块的两个片段的重建后的深度值(RecDC1和RecDC1)是分别通过将residual1加PredDC1以及将residual2加PredDC2获得的。重建后的深度值(RecDC1和RecDC1)然后用于当前重建后的深度块(420)的两个相应片段中的所有深度样本。
在解码器侧的平面模式的重建过程图示于图5。当前深度块(510)的DC预测值(PredDC)是基于当前深度块的预测深度值的平均值来确定的。当前深度块的预测深度值是基于相邻重建后的深度值使用线性内插(右侧列和底部行)以及双向线性内插(其它深度样本)来确定的。在图5中，原始深度值显示于当前深度块(510)中。残值是通过在所接收的残值索引上应用反向查找而获得的。当前深度块的重建后的深度值(RecDC)是通过将residual加PredDC而获得的。重建后的深度值(RecDC)然后用于当前重建后的深度块(520)中的所有深度样本。
视图合成预测(Viewsynthesisprediction，VSP)是从不同视点在视频信号中移除面试冗余的技术，在其中合成信号用作预测当前图片的参考。
在3D-HEVC测试模型，HTM-6.0中，存在一种方法以派生视差向量预测符，已知为面向深度的相邻块视差向量(DepthorientedNeighboringBlockDisparityVector，DoNBDV)。从DoNBDV识别的视差向量用于获取参考视图的深度图像中的深度块。获取的深度块具有与当前预测单元(predictionunit，PU)相同的大小，且获取的深度块然后用于向后扭曲用于当前PU。
此外，扭曲操作可以在子PU级预测执行，例如，2x2或4x4块。选择最大深度值用于子PU块并用于扭曲子PU块中的所有像素。基于后向扭曲(BVSP)的VSP应用于文本和深度组分编码。
在现有的HTM-6.0中，BVSP预测被加入作为新的合并候选以标示BVSP预测的使用。当选择BVSP候选时，如果没有残值要发送，则当前块可以是跳过块，如果有残值信息要被编码，则是合并块。
在深度块编码的现有的SDC中，相同的预测值用于整个深度块。因此，重建后的深度块总是具有统一的值。因此，重建后的深度块是非常粗略的且缺乏细节。期望开发一种技术以改进重建后的深度数据得质量。
【发明内容】
揭示了一种基于样本的简化的深度编码(SDC)的方法与装置，其也称为片段式DC编码。根据本发明的实施例编码或解码当前深度块的片段的残值，根据选择的帧内模式基于重建后的相邻深度样本确定当前深度块的片段的预测样本，从残值为当前深度块的片段派生偏置值。最终重建的样本是通过将偏置值加到片段的每个预测样本上重建的。
偏置值可对应于当前深度块的片段的重建的深度值与预测的深度值之间的差值。偏置值可以从残值派生，其中，残值是在解码器侧间接派生或残值在比特流中发送。偏置值可以根据反向查找表从残值索引派生。
所选择的帧内模式可对应于平面模式，其中当前深度块仅仅包含一个片段，预测样本根据片面模式从当前深度块的重建后的相邻深度样本使用线性内插和双向线性内插派生，且偏置值是从残值或残值索引派生。选择的帧内模式可以从一组帧内模式中选择，且从此组帧内模式中对于选择的帧内模式的选择可以在比特流中标示。此组帧内模式可对应于{DC模式，DMM模式1，平面模式}或{DC模式，DMM模式1，VSP}。此组中帧内模式的顺序可以改变。缩短的一元代码可用于指示从此组帧内模式选择的帧内模式。
【附图说明】
图1图示了基于简化的深度编码(SDC)的深度编码的深度模型模式(DMM)的两个示例，其中深度块分成两个片段且每个片段建模为统一区域。
图2图示根据SDC中的平面模式基于重建的相邻深度样本用于生成深度块的预测样本的线性内插和双向线性内插。
图3图示使用DC模式简化的深度编码(SDC)的示范性重建过程。
图4图示使用深度模型模式(DMM)模式1的简化的深度编码(SDC)的示范性重建过程。
图5图示使用平面模式的简化的深度编码(SDC)的示范性重建过程。
图6图示平面模式的基于样本的简化的深度编码(SDC)的示例。
图7图示根据本发明的实施例的使用平面模式的基于样本的简化的深度编码(SDC)的示范性重建过程。
图8图示根据本发明的实施例的使用平面模式并入基于样本的简化的深度编码(SDC)的系统的示范性流程图。
【具体实施方式】
在现存的简化的深度编码(SDC)，后来称为分段式DC编码(SDC)中，即将被编码的输入信号是深度块的原始深度值(darig)的平均值，且输出是深度块的预测的深度值(dpred)，其是从深度块的预测深度值的平均值派生的。根据现存的SDC，每个片段仅仅有一个预测深度值。预测深度值也被称作DC预测值，或简单称为预测值。平面模式块的预测深度样本是基于相邻重建后的深度值使用线性内插或双向线性内插在直接邻近当前深度块的上面行以及左侧列生成。直接邻近当前深度块的上面行以及左侧列的相邻重建后的深度值在解码器侧也可用。因此，预测深度样本可以在解码器侧派生。因此，预测深度值的平均值还可在解码器侧派生。在编码器侧，即将被编码进比特流中的残值索引iresi根据以下来派生：
iresi＝I(dorig)-I(dpred)，(2)
其中I(.)表示索引查找表。派生后的残值索引iresi然后使用重要旗标和符号旗标来编码。残值索引的幅度使用位来编码，其中是对应于不小于x的最小整数的上取整函数。
在解码器侧，重建后的深度值drec是根据以下派生，
drec＝I-1(tpest+I(dpred)，(3)
其中I-1(.)表示反向索引查找表。在获得了重建后的深度值后，重建后的深度值用作重建后的块/PU的所有深度样本。换句话说，整个深度块将具有用于DC模式和平面模式的相同的重建值。对于DMM模式1存在分别用于两个片段的两个重建值。在编码器侧，重建过程也在重建循环中执行。
如上所示，根据现存的SDC，相同的重建值用于片段中的所有深度样本。尽管使用单个重建值用于每个片段的方法是简单的，但是这会导致重建后的深度块中可觉察的失真。因此，本发明的实施例揭示基于样本的SDC以改进深度编码的性能。
第一实施例
在本发明的第一实施例中，揭示了基于像素的(或基于样本的)简化的深度编码(SDC)。在解码器侧，重建的残值Rpea是根据以下派生的，
Rpea＝drec-dpred。(4)
重建的深度值drec可如现有SDC一样对应于重建的深度块的平均值。然而，在本发明中，drec可对应于由编码器使用的其它重建的深度值。例如，drec可对应于重建的中数或众数的原始深度块。
根据本发明实施例的当前块/PU的新的重建的样本然后通过将重建的残值加到每个预测样本P(x，y)来派生。换句话说，根据本发明的重建的样本可由样本位置(x，y)指示从样本变化到样本。根据本发明的实施例的重建的样本的示例显示如下：
P′(x，y)＝Rpea+P(x，y)。(5)
根据以上实施例，如图6所示，平面模式的重建的样本P′(x，y)是根据平面模式的预测样本加上偏置值(即，重建的残值Rrea)派生的，其中偏置值是从残值索引派生的。图6A图示当前深度块的右侧列和底部行的重建的样本是通过将平面模式的预测符(210)加上偏置值(610)形成的。图6B图示当前深度块的其他样本位置的重建的样本是通过将平面模式的相应预测符(220)加上偏置值(610)形成的。尽管平面模式用作为示例以说明基于样本的SDC，但是本发明不限于平面模式。对于其它帧内模式，还可以应用基于样本的SDC以改进性能。图7图示根据本发明的实施例的使用平面模式的基于样本的简化的深度编码(SDC)的示范性重建过程。如图7所示，根据本发明的重建的深度块(710)将能够再现深度块中的阴影。
第二实施例
根据本发明的第二实施例，偏置值是从残值直接派生的。例如，偏置值Rrea由以下式子给出
Rrea＝I-1(iresi)，(6)
其中I-1(.)可以是反向索引查找表或其它映射表。当前深度块/PU的每个预测样本然后以重建的残值来更新，即，重建的残值加到每个预测样本作为重建的样本。
第三实施例
第三实施例是基于第一实施例或第二实施例，其中预测的类型可以从{DC模式，DMM模式1，平面模式}改变到其它组预测类型。例如，预测类型可以改变为：
–{DC模式，DMM模式1，VSP}，或
–{平面模式，DMM模式1，VSP}。
第四实施例
第四实施例是基于第一实施例或第三实施例，其中预测类型的顺序也可改变。基于此顺序，缩短的(truncated)一元代码可用于标示所选择的类型。例如，顺序{平面模式，DC模式，DMM模式1}或{平面模式，DMM模式1，DC模式}可使用。
根据本发明的实施例的包含基于样本的简化的深度编码(SDC)的3D/多视图视频编码系统的性能与基于HTM-6.0的现有系统的性能进行比较。预测类型包含DC模式、DMM模式1和平面模式。根据本发明的实施例使用基于样本的SDC，其中平面模式的重建的样本是根据式子(5)派生的。性能比较是基于列在第一列的不同组的测试数据。包含本发明的实施例的系统的在普通测试条件和在所有帧内测试条件的测试结果分别显示于表1和表2。如表所示，基于样本的SDC可以为视频在普通测试条件和所有帧内测试条件下在总比特率上达到0.2％的BD率节省，以及为合成后的视图在公共测试条件和所有帧内测试条件下分别达到0.2％和0.1％BD率节省。
表1
表2
图8图示了根据本发明的实施例的使用帧内模式的深度数据的基于样本的简化的深度编码(SDC)的示范性流程图。在步骤810中，系统接收与当前深度块关联的输入数据。对于编码，与深度块关联的输入数据对应于即将被编码的深度样本。对于解码，与当前深度块关联的输入数据对应于即将被解码的编码后的深度数据。与当前深度块关联的输入数据可以从存储器(例如，计算机存储器、缓冲器(RAM或DRAM)或其它媒体)或从处理器获取。在步骤820中，当前深度块的预测样本然后根据所选择的帧内模式基于重建后的相邻深度样本来确定。在步骤830中，当前深度块(每个片段)的残值被编码或解码，(每个片段)的偏置值然后从残值(使用式子4作为示例)派生。在步骤840中，重建的样本通过将偏置值加到预测样本(对于每个片段)来派生。
以上所示流程图旨在图示基于样本的简化的深度编码(SDC)的示例。本领域的技术人员可修改每个步骤、重新安排步骤、拆分步骤或合并步骤以在不背离本发明精神的情况下实践本发明。
呈现以上描述以使本领域的普通技术人员能如特定应用和其要求的上下文所提供的来实践本发明。所描述的实施例的各种修改对本领域的技术人员是表观的，且本文所定义的一般原理可以应用到其它实施例。因此，本发明不打算限制为所示和所描述的特定实施例，但是符合与本文所揭示的原理和新颖的特征一致的最大范围。在以上详细描述中，图示各种具体细节以便提供对于本发明的全面理解。然而，本领域技术人员应理解本发明可以实践。
如上所述的本发明的实施例可以以各种硬件、软件代码或其组合来实现。例如，本发明的实施例可以是集成到视频压缩芯片的电路或集成到视频压缩软件的程序代码，以执行本文描述的处理。本发明的实施例还可以是在数字信号处理器(DSP)上运行的程序代码以执行本文描述的处理。本发明还可涉及由计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(FPGA)执行的多个函数。这些处理器可以配置为根据本发明，通过执行实施本发明的特定方法定义的机器可读软件代码或固件代码来执行特定任务。软件代码或固件代码可以用不同的编程语言和不同的格式或风格来开发。软件代码还可以用不同的目标平台来编译。然而，不同的代码格式、风格和软件代码的语言和配置代码的其他装备以根据本发明执行任务，将不背离本发明的精神和范围。
本发明可以以不背离其精神或实质特性的其他具体形式来实施。所描述的示例在各方面仅仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围，由所附的权利要求而非上文的描述所指示。在权利要求等同的意思和范围内的所有改变落入本发明范围。

Claims (14)

1.一种三维编码系统中用于深度块的帧内编码方法，其特征在于，所述方法包含：
接收与当前深度块关联的输入数据；
根据所选择的帧内模式，基于重建的相邻深度样本确定所述当前深度块的片段中的多个预测样本；
编码或解码所述当前深度块的所述片段的残值；
从所述残值派生偏置值以用于所述当前深度块的所述片段；以及
通过将所述偏置值加到所述片段的每个所述预测样本上来重建最终的多个重建样本。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏置值对应于所述当前深度块的所述片段的重建的深度值于预测的深度值之间的差值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏置值是从所述残值派生的，其中，所述残值间接地在解码器侧派生或所述残值在比特流中发送。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述残值派生所述偏置值包含根据反向查找表确定残值索引。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择的帧内模式对应于平面模式，所述预测样本是根据所述平面模式从所述当前深度块的重建后的相邻深度样本使用线性内插和双向线性内插确定的，且所述偏置值是从所述残值或残值索引派生的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择的帧内模式是从帧内模式组中选择的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述帧内模式组中对所述选择的帧内模式的选择在比特流中标示。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述帧内模式组包含DC(直流)模式、DMM(深度模型模式)模式1和平面模式。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述帧内模式组包含DC模式、DMM模式1和VSP模式。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述帧内模式组包含平面模式、DMM模式1和VSP模式。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，缩短的一元代码用于指示从所述组帧内模式中的所述的选择的帧内模式。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述选择的帧内模式是DC模式或平面模式时，所述当前深度块仅包含一个片段。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述选择的帧内模式是从高效率的视频编码(HEVC)中的帧内模式选择的时，所述当前深度块仅包含一个片段。
14.一种三维编码系统中深度块的帧内编码的装置，所述装置包含一个或多个电子电路，其特征在于，所述一个或多个电子电路用于：
接收与当前深度块关联的输入数据；
根据所选择的帧内模式，基于重建的相邻深度样本确定所述当前深度块的片段中的预测样本；
编码或解码所述当前深度块的所述片段的残值；
从所述残值为所述当前深度块的所述片段派生偏置值；以及
通过将所述偏置值加到所述片段的每个所述预测样本上来重建最终重建的样本。
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