CN108337523A - 基于dis遗传性的3d视频深度图像帧内快速编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法。该方法步骤为：首先在进行当前编码块的率失真优化时，得到一个完全复杂度计算阶段的预测模式集，包括DIS模式以及若干个其他的帧内模式；然后基于这些模式在当前编码块的预测结果，计算当前编码块进一步划分的四个附属编码块的率失真估计值；最后如果当前编码块和四个附属小编码块的最优预测模式都是DIS模式，则提前终止当前编码块的四叉树编码结构划分。本发明降低了深度图像帧内预测编码的复杂度，减少了预测所需的编码时间，并保证了最终解码端合成视角的视频质量。

Description

基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法
技术领域
本发明属于视频编解码技术领域，特别是一种基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法。
背景技术
新兴的多视点加深度图的视频格式是下一代3D视频系统的最主要的格式。它采用少量视点的纹理图信息和附加的相应视点的深度图信息来表示一个3D视频场景，而更多的视点信息可由基于深度图像的3D渲染技术来合成出来。由于在当前的3D视频系统中，深度图对于提供视差信息并引导合成过程起着关键性的作用，所以深度图编码的研究有其重要的实用意义。
3D-HEVC中的深度图像帧内编码允许编码单元进行递归的四叉树结构划分，这种编码结构划分方式为编码带来了极大的复杂度。特别是考虑到每一层划分深度上的每一个编码块的率失真优化过程都将遍历所有的预测模式。目前，学术界已有很多针对深度图预测模式选择过程简化的研究。文献1(H.B.Zhang,C.H.Fu,Y.L.Chan,S.H.Tsang,andW.C.Siu,“Probability-based Depth Intra Mode Skipping Strategy and Novel VSOMetric for DMM Decision in 3D-HEVC,”IEEE Trans.on Circuits and Syst.for VideoTech.,Vol.PP,No.99,pp.1-1,2017)中提出了一种简化DMM模式搜索过程中的率失真计算的方法。文献2(E.G.Mora,J.Jung,M.Cagnazzo and B.Pesquet,“Initialization,limitation,and predictive coding of the depth and texture quadtree in 3D-HEVC,”IEEE Trans.on Circuits and Syst.for Video Tech.,Vol.24,No.9,pp.1554-1565,Sept.2014)中提出了一种用于基于对应纹理视图的四叉树结构来限制当前深度视图四叉树结构的方法。而在文献3(Miok,K.,Nam,L.,and Li,S.:‘Fast single depth intramode decision for depth map coding in 3D-HEVC’,Int.Conf.on ICMEW,Turin,Italian,June 2015,pp.1-6)中，Mirk M等人设计了一种通过考虑方差和估计失真来提前确定四叉树结构的快速方法。
然而，现有的快速深度图像帧内编码技术并没有充分考虑到DIS的特点。通过对真实编码结果的研究，我们发现DIS在不同的四叉树划分深度中表现除了极强的遗传性。这种DIS遗传性的特征可以进一步解释为，当编码块在低的划分深度选择DIS作为其最优预测模式时，其对应更高划分深度下的众多小的附属编码块也大概率地选择了DIS作为他们的最优预测模式。同时，这些编码区域会以遗传性出现时的最初的编码单元被编码进编码比特流。而通过预测这种DIS遗传性是否会出现在当前编码块对应的小的附属编码块中，我们可以选择性地提前终止当前编码块的进一步四叉树结构划分。
总而言之，现有的深度图快速编码技术并没有充分考虑到DIS在不同划分深度中体现出的遗传特性，且现有的深度图模式选择算法的复杂度依然有待降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DIS模式遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，在保证合成视角中视频质量的前提下，简化深度图像预测模式选择的计算过程。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，包括如下步骤：
步骤1：对于输入的当前深度图像的帧内编码块，进行传统的率失真优化过程，并记录完全复杂度计算阶段的预测模式集合；
步骤2：基于这些预测模式在当前编码块的预测结果，计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值；
步骤3：若当前编码块以及其对应四个附属编码块的最优率失真预测模式都是DIS，则跳至步骤6，否则进行步骤4；
步骤4：对当前编码块进行进一步传统的四叉树预测结构划分，并判断当前编码块是否为最小编码单元，若是，则跳至步骤6，否则进行步骤5；
步骤5：对当前编码块进行进一步传统的四叉树编码结构划分，并返回步骤1；
步骤6：结束当前编码块的编码。
进一步地，步骤1中所述预测模式集，包括DIS和其他完全复杂度计算阶段的帧内预测模式。
进一步地，步骤2中所述计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值，具体如下：首先切分最优预测模式预测得到的编码预测块，并得到四个小的附属预测块，这四个附属预测块被用于代替四个附属编码块编码得到的真实预测结果，并由这四个附属预测块与四个附属编码块，计算得到最优预测模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值。
进一步地，步骤2中所述划分得到四个附属编码块的方式为四叉树划分，与3D-HEVC中的编码结构划分方式一致。
进一步地，步骤2中计算四个附属编码块的率失真估计值的公式如下：
其中，i对应四个小的附属编码块的编号，subDist[i]是第i个附属编码块的率失真估计值，(x,y)是附属编码块中的坐标位置，SOB(x,y)指的是四个附属小编码块对应坐标位置的像素值，SPE(x,y)指的是当前编码块对应预测块切分得到的四个附属小预测块的对应坐标位置的像素值，STPB(x,y)指的是深度图像对应的纹理图像的预测块对应位置的像素值。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用预测DIS模式在不同划分深度中的遗传性来提前终止当前编码块的进一步四叉树结构划分，大大降低了编码复杂度，并扩展了深度图编码领域的研究方向；(2)平衡了编码快速效果和编码视图质量的关系，并在两个方面效果同时得到了提高。
附图说明
图1是本发明基于DIS模式遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法的流程图。
图2是计算当前编码块的四个附属编码块的率失真估计值的示意图。
具体实施方式
本发明鉴于DIS遗传性的发现，通过预测DIS在当前编码块，及其四个小的附属编码块中，是否表现出一定的遗传性，选择性地提前终止当前编码块的进一步四叉树结构划分。
结合图1给出的详细流程，上述方法具体包括如下步骤：
步骤1：对于输入的当前深度图像的帧内编码块，进行传统的率失真优化过程，并记录完全复杂度计算阶段的预测模式集合；
步骤2：基于这些预测模式在当前编码块的预测结果，计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值；
步骤3：若当前编码块以及其对应四个附属编码块的最优率失真预测模式都是DIS，则跳至步骤6，否则进行步骤4；
步骤4：对当前编码块进行进一步传统的四叉树预测结构划分，并判断当前编码块是否为最小编码单元，若是，则跳至步骤6，否则进行步骤5；
步骤5：对当前编码块进行进一步传统的四叉树编码结构划分，并返回步骤1；
步骤6：结束当前编码块的编码。
进一步地，步骤1中所述预测模式集，包括DIS和其他完全复杂度计算阶段的帧内预测模式。
进一步地，步骤2中所述计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属小编码块的率失真估计值，具体操作如图2所示：首先切分最优预测模式预测得到的编码预测块，并得到四个小的附属预测块，这四个附属预测块被用于代替四个附属编码块编码得到的真实预测结果，并由这四个附属预测块与四个附属编码块，计算得到最优预测模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值。
进一步地，步骤2中所述划分得到四个附属编码块的方式为四叉树划分，与3D-HEVC中的编码结构划分方式一致。
进一步地，步骤2中所述计算四个附属编码块的率失真估计值的公式如下：
其中，i对应四个小的附属编码块的编号，subDist[i]是第i个附属编码块的率失真估计值，(x,y)是附属编码块中的坐标位置，SOB(x,y)指的是四个附属小编码块对应坐标位置的像素值，SPE(x,y)指的是当前编码块对应预测块切分得到的四个附属小预测块的对应坐标位置的像素值，STPB(x,y)指的是深度图像对应的纹理图像的预测块对应位置的像素值。
所述终止当前编码块的四叉树结构划分，具体是指：当前编码区域在最后的编码比特流中不再会出现比当前划分深度更深层的编码块。
实施例
本实施例展示的是基于视点相关性的3D视频深度图像预测模式快速选择方法，流程如图1所示，其步骤包括：
步骤1：对于输入的当前深度图像的帧内编码块，进行传统的率失真优化过程，并记录完全复杂度计算阶段的预测模式集合；
步骤2：基于这些预测模式在当前编码块的预测结果，计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值；
步骤3：若当前编码块以及其对应四个附属编码块的最优率失真预测模式都是DIS，则跳至步骤6，否则进行步骤4；
步骤4：对当前编码块进行进一步传统的四叉树预测结构划分，并判断当前编码块是否为最小编码单元，若是，则跳至步骤6，否则进行步骤5；
步骤5：对当前编码块进行进一步传统的四叉树编码结构划分，并返回步骤1；
步骤6：结束当前编码块的编码。
上述深度图编码快速方法被集成到3D-HEVC测试模型(HTM 16.1)编码器中，并与原始的HTM 16.1模型进行性能比较。测试序列和参数都参考文献”K.Muller,and A.Vetro,“Common test conditions of 3DV core experiments,”ITU-T SG 16WP 3and ISO/IECJTC 1/SC 29/WG 11JCT3V-G1100,January 2014”中提出的标准。文献”H.B.Zhang,C.H.Fu,Y.L.Chan,S.H.Tsang,and W.C.Siu,“Probability-based Depth Intra Mode SkippingStrategy and Novel VSO Metric for DMM Decision in 3D-HEVC,”IEEE Trans.onCircuits and Syst.for Video Tech.,Vol.PP,No.99,pp.1-1,2017”，以及文献”E.G.Mora,J.Jung,M.Cagnazzo and B.Pesquet,“Initialization,limitation,andpredictive coding of the depth and texture quadtree in 3D-HEVC,”IEEE Trans.onCircuits and Syst.for Video Tech.,Vol.24,No.9,pp.1554-1565,Sept.2014”中提出的快速编码方法也将被移植到深度图编码中，并与本发明方法在同样的平台上进行性能的比较。
表1本发明方法和Zhang，Mora的算法的编码结果对比
表1给出了鉴于编码时间和BDBR的编码性能比较。其中，BDBR表示同等客观视频质量的条件下，相较原始HTM方法比特率的节省情况。BDBR的计算基于总的比特率和合成视点的客观质量PSNR。编码时间比较的是相对于原始HTM16.1方法编码时间的节省情况。
从表1中可知，本发明的编码方法相较于目前最先进的方法(集成在HTM 16.1中)可以节省平均31..17％的时间，同时仅仅增加了0.07％的BDBR。这表明，本发明的编码方法降低了编码复杂度，并且同时保证了编码视频的质量。而Zhang的编码方法尽管BDBR保持得较好，但是编码时间并没有得到显著的减少。此外，Mora的方法虽然节省极大幅度的编码时间，但是BDBR的增幅表明该方法并不能保持一个相对可以接受的编码视图质量。综上，本发明的快速方法无疑最为优越。

Claims (5)

1.一种基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对于输入的当前深度图像的帧内编码块，进行传统的率失真优化过程，并记录完全复杂度计算阶段的预测模式集合；
步骤2：基于这些预测模式在当前编码块的预测结果，计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值；
步骤3：若当前编码块以及其对应四个附属编码块的最优率失真预测模式都是DIS，则跳至步骤6，否则进行步骤4；
步骤4：对当前编码块进行进一步传统的四叉树预测结构划分，并判断当前编码块是否为最小编码单元，若是，则跳至步骤6，否则进行步骤5；
步骤5：对当前编码块进行进一步传统的四叉树编码结构划分，并返回步骤1；
步骤6：结束当前编码块的编码。
2.根据权利要求1所述的基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，其特征在于，步骤1中所述预测模式集，包括DIS和其他完全复杂度计算阶段的帧内预测模式。
3.根据权利要求1所述的基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，其特征在于，步骤2中所述计算对应模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值，具体如下：首先切分最优预测模式预测得到的编码预测块，并得到四个小的附属预测块，这四个附属预测块被用于代替四个附属编码块编码得到的真实预测结果，并由这四个附属预测块与四个附属编码块，计算得到最优预测模式在当前编码块划分得到的四个附属编码块的率失真估计值。
4.根据权利要求1所述的基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，其特征在于，步骤2中所述划分得到四个附属编码块的方式为四叉树划分，与3D-HEVC中的编码结构划分方式一致。
5.根据权利要求1所述的基于DIS遗传性的3D视频深度图像帧内快速编码方法，其特征在于，步骤2中计算四个附属编码块的率失真估计值的公式如下：
其中，i对应四个小的附属编码块的编号，subDist[i]是第i个附属编码块的率失真估计值，(x,y)是附属编码块中的坐标位置，SOB(x,y)指的是四个附属小编码块对应坐标位置的像素值，SPE(x,y)指的是当前编码块对应预测块切分得到的四个附属小预测块的对应坐标位置的像素值，STPB(x,y)指的是深度图像对应的纹理图像的预测块对应位置的像素值。
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