CN110460844B - 基于dwt的3d-hevc快速cu分割预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DWT的3D‑HEVC快速CU分割预测方法。快速CU分割预测编码决策方法在CU划分之前,首先对CU进行DWT变换获得当前CU的DWT系数矩阵,然后对当前系数块的水平,垂直,对角线方向系数和进一步对预测块的四周方差进行判断是否平缓,如果平缓则CU不需要划分为子CU,否则进入递归进一步划分。DWT具有能量聚集的特性,故在3D‑HEVC深度图编码过程中可以明显区分编码块是否具有边缘。本发明直接对CU进行判断,减少了递归带来的时间消耗因此具有计算复杂度低、编码时间短和视频重建效果好的特点。

Description

基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法
技术领域
本发明涉及视频编码领域,具体是一种基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法。
背景技术
在过去几年里,随着3D视频服务需求的增加,3D视频的展现、压缩和传输成为一个新的有挑战的研究课题。多视角加深度图(MVD)的视频格式是多种有发展前景的视频表现形式中的一种。由3D视频编码扩展开发联合协作组(JCT-3V)提出的高质量视频编码的3D扩展(3D-HEVC)是对于压缩MVD数据的一种新兴视频编码标准。
传统的CU分割是以递归划分至最小尺寸后逐渐向上比较进行判断是否划分,其时间复杂度很大,我们可以在其划分之前加入判断其其是否需要划分,若不需要划分则不必进入递归,否则进入递归划分,由于深度图中平缓的较多,所以其中很多CU都不需要划分,可大大减少CU分割的时间。
离散小波变换(DWT)是与傅立叶变换相关的一种变换,它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想,同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点,能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口,一张图片经过DWT后,绝大部分能量集中在左上角的低频系数中;相反,如果像素块中包含较多细节纹理信息,则较多能量分散在高频区域。当一个像素块较为平缓时,它的高频信号基本为零,当其存在一定的纹理变化时,它的高频信号存在不为零的值,我们可以以此来对像素块进行判断。
参考文献:
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发明内容
本发明的目的是鉴于图像DWT矩阵右上角和右下角的能量分布对判断CU是否平缓的重要性,提出一种基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法,该方法将视频中的一帧图像进行DWT变换,对生成的DWT矩阵选点判断。该方法具有计算复杂度低、编码时间短和视频重建效果好的特点。
为了实现上述目的,本发明的技术方案包括如下步骤:
基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法:
步骤1:读入一个CU,经过离散小波变换后得到其DWT系数矩阵;
步骤2.对当前系数块的右下角系数进行求和,若其和的值为零则直接判断该预测块是平缓的,没有边缘,并且跳转步骤5,跳转步骤4;
步骤3:进一步计算DWT系数矩阵的四周方差,即对当前的CU块求周围方差var:对其第一行、最后一行、第一列、最后一列总计4N-4个数字求方差,其中N为CU的宽度;若方差var大于1,则判断其存在边缘,跳转到步骤4;若方差小于1,则不存在边缘,跳转步骤5;
步骤4:让该CU进入递归,将该CU划分为4个大小为N/2*N/2的子CU,对每个子CU,跳转到步骤1;
步骤5:该CU不需要划分,划分过程结束。
步骤1所述的整数DWT转换如下:
在二维的情况下,需要一个尺度函数
Figure BDA0002165055460000031
和三个二维小波ψH(x,y),ψV(x,y),ψD(x,y),其中ψH(x,y)度量沿列方向的变化,ψV(x,y)度量沿行方向的变化,ψD(x,y)度量沿对角线方向的变化,我们定义一个尺度和平移基函数:
Figure BDA0002165055460000032
Figure BDA0002165055460000033
其中i∈{H,V,D},于是大小为M*N的图像f(x,y)的离散小波变换如下:
Figure BDA0002165055460000034
Figure BDA0002165055460000035
j0是一个任意的开始尺度,
Figure BDA0002165055460000036
系数定义f(x,y)在尺度j0处的近似,
Figure BDA0002165055460000037
系数对尺度j≥j0附加了水平、垂直和对角线方向的细节,通过变换,求得一个二维的小波变换,简化为如下过程:
首先定义一些变量与滤波器:
x[m,n]:输入的离散信号即预测矩阵(PU);
g[n]:Low pass filter低通滤波器,将输入信号的高频部分过滤而输出低频部分;
h[n]:High pass filter高通滤波器,将输入信号的低频部分过滤而输出高频部分;
↓Q:Downsampling filter降采样滤波器,如果以x[n]为输入,则输出y[n]=x[Qn],二维的DWT在降采样一般是沿着某个方向进行,例如m或者n,Q一般为2;
DWT变换过程:对于输入的x[m,n],先让其通过低通滤波器g[n],再沿着n的方向进行降采样得到v1,L[m,n],再让其通过高通滤波器h[n],再沿着n的方向进行降采样得到v1,H[m,n],这是经过一次滤波后得到的系数,同样把v1,L[m,n],v1,H[m,n]作为输入信号执行上一步同样的操作,但是在采样的时候是沿着m方向,可以得到四个部分x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n],其中x1,L[m,n]是低频区域,给出信号的特征,而x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]是高频区域,给出信号的细节,我们的方法主要是依据高频信号来判断是否存在边缘,给出转换的公式如下:
Figure BDA0002165055460000041
Figure BDA0002165055460000042
Figure BDA0002165055460000043
Figure BDA0002165055460000044
Figure BDA0002165055460000045
Figure BDA0002165055460000046
其中,x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]分别与
Figure BDA0002165055460000047
ψH(x,y),ψV(x,y),ψD(x,y)一一对应,代表整体信息、水平方向信息、垂直方向信息以及对角线方向的信息,利用水平方向信息、垂直方向信息以及对角线方向的信息来进行判断其是否存在边缘;
步骤3过程如下:首先对x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]的值求和,若其值为零则判断该CU不存在边缘,若不为零则对该CU即输入矩阵x[m,n]四周的值求方差,求方差的数据为x[0,0]~x[0,n],x[m-1,0]~x[m-1,n],x[1,0]~x[m-2,n],x[1,n]~x[m-2,n]得到其方差var,若var大于1,判断其存在边缘,否则不存在边缘。
本发明的有益效果如下:
本发明使用DWT应用于三维视频编码,利用DWT方法判断在深度图编码下DMMs是否要加入候选列表以及CU是否分割,并且在视频码率减少的同时有效的减少了编码时间,避免了计算冗余模式,减少计算量。DWT具有“能量集中”的特性,并且能够很好地区分图像边缘。
附图说明
图1是CU分割预测方法流程图
图2是DWT系数矩阵及其左上角和右下角选择系数点。
图3是四周方差数据取值点。
图4是完整的分割流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法,具体包括如下步骤:
步骤1.基于3D-HEVC,得到一个N*N(N=64,32,16,N>8,第一次为64)大小的CU后,利用整数DWT转换计算当前预测块的DWT系数矩阵,保存为一个矩阵。DWT变换过程如下:对于输入的x[m,n],先让其通过低通滤波器g[n],再沿着n的方向进行降采样得到v1,L[m,n],再让其通过高通滤波器h[n],再沿着n的方向进行降采样得到v1,H[m,n],这是经过一次滤波后得到的系数,同样把v1,L[m,n],v1,H[m,n]作为输入信号执行上一步同样的操作,但是在采样的时候是沿着m方向,可以得到四个部分x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n],其中x1,L[m,n]是低频区域,给出信号的特征,而x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]是高频区域,给出信号的细节,我们的方法主要是依据高频信号来判断是否存在边缘,给出转换的公式如下:
Figure BDA0002165055460000051
Figure BDA0002165055460000052
Figure BDA0002165055460000053
Figure BDA0002165055460000054
Figure BDA0002165055460000055
Figure BDA0002165055460000056
其中x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]分别代表整体信息,水平方向,垂直方向,以及对角线方向的信息,离散小波变换DWT对当前CU块进行DWT转换,生成一个DWT系数矩阵。
步骤2.如图2所示,对当前DWT系数矩阵的左下、右上、右下角系数(即图中灰色部分)进行求和,若其和的值为零则直接判断该预测块是平缓的,没有边缘,并且跳转步骤5,跳转步骤4;
步骤3:如图3所示,进一步计算DWT系数矩阵的四周方差,即对当前的CU块求周围方差var:对其第一行、最后一行、第一列、最后一列(即图中灰色部分)总计4N-4个数字求方差,其中N为CU的宽度;若方差var大于1,则判断其存在边缘,跳转到步骤4;若方差小于1,则不存在边缘,跳转步骤5;
步骤4:让该CU进入递归,将该CU划分为4个大小为N/2*N/2的子CU,对每个子CU,跳转到步骤1;
步骤5:该CU不需要划分,划分过程结束。
实施例1:
如图4所示,基于DWT的3D-HEVC中CU分割预测方法,完整的分割流程图具体如下:读入一个64*64的CU,经过DWT判断其需不需要划分,若不需要划分,该CU划分过程结束;若需要划分,划分为4个32*32的子CU,然后分别读入32*32的CU,经过DWT判断其需不需要划分,若不需要划分,该CU划分过程结束;若需要划分,划分为4个16*16的子CU,然后分别读入16*16的CU,经过DWT判断其需不需要划分,若不需要划分,该CU划分过程结束;若需要划分,划分为4个8*8的子CU,划分为最小尺寸,划分过程结束。

Claims (3)

1.基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1:读入一个CU,经过离散小波变换后得到其DWT系数矩阵;
步骤2.对当前系数块的右下角系数进行求和,若其和的值为零则直接判断该预测块是平缓的,没有边缘,并且跳转步骤5;若其和的值不为零,跳转步骤3;
步骤3:进一步计算DWT系数矩阵的四周方差,即对当前的CU块求周围方差var:对其第一行、最后一行、第一列、最后一列总计4N-4个数字求方差,其中N为CU的宽度;若方差var大于1,则判断其存在边缘,跳转到步骤4;若方差var小于1,则不存在边缘,跳转步骤5;
步骤4:让该CU进入递归,将该CU划分为4个大小为N/2*N/2的子CU,对每个子CU,跳转到步骤1;
步骤5:该CU不需要划分,划分过程结束。
2.根据权利要求1所述的基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法,其特征在于步骤1所述的DWT系数矩阵获取如下:
首先定义一些变量与滤波器:
x[m,n]:输入的离散信号即预测矩阵(PU);
g:Low pass filter低通滤波器,将输入信号的高频部分过滤而输出低频部分;
h:High pass filter高通滤波器,将输入信号的低频部分过滤而输出高频部分;
↓Q:Downsampling filter降采样滤波器,如果以x[n]为输入,则输出y[n]=x[Qn];
DWT变换过程:对于输入的x[m,n],先让其通过低通滤波器g,再沿着n的方向进行降采样得到v1,L[m,n],再让其通过高通滤波器h,再沿着n的方向进行降采样得到v1,H[m,n],这是经过一次滤波后得到的系数,同样把v1,L[m,n],v1,H[m,n]作为输入信号执行上一步同样的操作,但是在采样的时候是沿着m方向,得到四个部分x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n],其中x1,L[m,n]是低频区域,给出信号的特征;而x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]是高频区域,给出信号的细节;依据高频信号来判断是否存在边缘,给出转换的公式如下:
Figure FDA0003089753420000021
Figure FDA0003089753420000022
Figure FDA0003089753420000023
Figure FDA0003089753420000024
Figure FDA0003089753420000025
Figure FDA0003089753420000026
其中,x1,L[m,n],x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n],代表整体信息、水平方向信息、垂直方向信息以及对角线方向的信息,利用水平方向信息、垂直方向信息以及对角线方向的信息来进行判断其是否存在边缘。
3.根据权利要求2所述的基于DWT的3D-HEVC快速CU分割预测方法,其特征在于步骤3过程如下:
首先对x1,H1[m,n],x1,H2[m,n],x1,H3[m,n]的值求和,若其值为零则判断该CU不存在边缘,若不为零则对该CU即输入矩阵x[m,n]四周的值求方差,求方差的数据为x[0,0]~x[0,n],x[m-1,0]~x[m-1,n],x[1,0]~x[m-2,n],x[1,n]~x[m-2,n]得到其方差var,若var大于1,判断其存在边缘,否则不存在边缘。
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