CN113395506A - 一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备，通过把按空间顺序把点云分成多个段，对每个段生成点云的两个或多个空间顺序，对每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居，在同等复杂度时候比现有技术能利用更大范围的点云进行编码，在同等性能时候减少了编码所需的时间，因此本发明提供的一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备能提升点云编码的性能。

Description

一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及 设备

技术领域

本发明涉及点云处理技术领域，特别涉及一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备。

背景技术

三维点云是现实世界数字化的重要表现形式。随着三维扫描设备(如激光、雷达等)的快速发展，点云的精度和分辨率变得更高。高精度点云广泛应用于城市数字化地图的构建，在智慧城市、无人驾驶、文物保护等众多热门研究中起技术支撑作用。点云是三维扫描设备对物体表面采样所获取的，一帧点云的点数一般是百万级别，其中每个点包含几何信息和颜色、反射率等属性信息，数据量十分庞大。三维点云庞大的数据量给数据存储、传输等带来了巨大挑战，因此对点云进行压缩变得十分重要。

点云压缩主要分为几何压缩和属性压缩，目前由中国AVS(Audio Video codingStandard)点云压缩工作组所提供的测试平台PCRM3.0中描述的点云属性压缩方法主要采用基于两个莫顿顺序的邻居搜索方法进行邻居搜索，使用搜索到的3个邻居点的属性值加权值作为当前点的属性预测值，最后用当前点的实际属性值减去属性预测值得到属性残差值。

在点云属性编码时候，需求参考当前点前面128个已编码的点，参考范围有所限制，而且在编码过程中需要维护两个莫顿顺序，影响了算法的时间复杂度。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明提供一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备，用于扩大点云可利用已编码点的范围，且同时降低点云属性编码的复杂度，提高软件的编码效率。

本发明的目的在于提供了一种基于分段的点云邻居搜索方法。

本发明的再一目的在于提供了一种基于分段的点云编码方法。

本发明的还一目的在于提供了一种基于分段的点云解码方法。

本发明的还一目的在于提供了一种点云编码设备。

本发明的还一目的在于提供了一种点云解码设备。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种基于分段的点云邻居搜索方法，包括：按空间顺序把点云分成多个段；对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；对每个段使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居。

优选地，在上述基于分段的点云邻居搜索方法中，该按空间顺序把点云分成多个段，包括：按照固定的大小把点云按照空间顺序分段；按照固定的大小把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠；按照空间码高位相同关系把点云按照空间顺序分段；按照空间顺序码高位相同关系把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠。空间顺序包括莫顿顺序、希尔伯特顺序等空间顺序。

优选地，在上述基于分段的点云邻居搜索方法中，该对每个段生成点云的两个或多个空间顺序，包括：对每个段利用点云的坐标生成所有点的空间顺序码1，使用所述空间顺序码1对点云的所有点进行排序得到点云的空间顺序1；对每个段把所述点云的几何坐标加上一个偏移值得到新的坐标，利用所述新的坐标生成所有点的空间顺序码2并排序，得到空间顺序2；获得了点云每个段的两个或多个空间顺序。

优选地，在上述基于分段的点云邻居搜索方法中，该每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居，包括：在所述段内空间顺序1中选取当前点前向的M个点作为邻居候选点；在所述段内空间顺序2中选取所述当前点前向的N1个点和/或后向的N2个点作为邻居候选点；计算每个所述邻居候选点到所述当前点的距离，在所述邻居候选点中确定所述距离最小的m个点作为所述当前点的邻居。优选地，该根据该当前点的邻居确定该当前点的属性预测值，包括：根据该当前点的m个邻居的属性重构值，确定该当前点的属性预测值。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于空间顺序的点云编码方法，包括：采用上述第一方面所述的点云邻居搜索方法获得该当前点的邻居。

根据本发明的第三方面，提供了一种基于空间顺序的点云解码方法，包括：采用上述第一方面所述的点云邻居搜索方法确定当前点的的邻居获得该当前点的邻居。

根据本发明的第四方面，提供了一种点云邻居搜索设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第一方面的点云邻居搜索方法。

根据本发明的第五方面，提供了一种点云编码设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第三方面所述的点云编码方法。

根据本发明的第六方面，提供了一种点云解码设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第四方面所述的点云解码方法。

根据本发明的技术方案，产生的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备，通过把按空间顺序把点云分成多个段，对每个段生成点云的两个或多个空间顺序，对每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居，在同等复杂度时候比现有技术能利用更大范围的点云进行编码，在同等性能时候减少了编码所需的时间，因此本发明提供的一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备能提升点云编码的性能。

为了更好地理解和说明本发明的构思、工作原理和发明效果，下面结合附图，通过具体实施例，对本发明进行详细说明如下：

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的基于分段的点云邻居搜索方法实施例的流程示意图；

图2为本发明的二维点云的二维莫顿码顺序的示意图；

图3为本发明的二维点云的二维偏移莫顿码顺序的示意图；

图4为本发明的在莫顿顺序下分段点云的示意图；

图5为本发明的分段点云分段与编码顺序的示意图；

图6是本发明的实施例的点云属性解码设备的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

图1是本发明的基于分段的点云邻居搜索方法实施例的流程示意图，如图1所示，本发明的基于分段的点云邻居搜索方法，包括步骤：

S100按空间顺序把点云分成多个段；

在该步骤中，该按空间顺序把点云分成多个段，包括：按照固定的大小把点云按照空间顺序分段；按照固定的大小把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠；按照空间码高位相同关系把点云按照空间顺序分段；按照空间顺序码高位相同关系把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠。空间顺序包括莫顿顺序、希尔伯特顺序等空间顺序。

S200.对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；

在该步骤中，该对每个段生成点云的两个或多个空间顺序，包括：对每个段利用点云的坐标生成所有点的空间顺序码1，使用所述空间顺序码1对点云的所有点进行排序得到点云的空间顺序1；对每个段把所述点云的几何坐标加上一个偏移值得到新的坐标，利用所述新的坐标生成所有点的空间顺序码2并排序，得到空间顺序2；获得了点云每个段的两个或多个空间顺序。

S300.对每个段使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居。

在该步骤中，该每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居，包括：在所述段内空间顺序1中选取当前点前向的M个点作为邻居候选点；在所述段内空间顺序2中选取所述当前点前向的N1个点和/或后向的N2个点作为邻居候选点；计算每个所述邻居候选点到所述当前点的距离，在所述邻居候选点中确定所述距离最小的m个点作为所述当前点的邻居。优选地，该根据该当前点的邻居确定该当前点的属性预测值，包括：根据该当前点的m个邻居的属性重构值，确定该当前点的属性预测值。

本发明的基于空间顺序的点云编码方法，包括：采用第一方面所述的按空间顺序把点云分成多个段；对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；对每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居。

本发明的基于空间顺序的点云解码方法，包括：采用第一方面所述的按空间顺序把点云分成多个段；对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；对每个段内使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居。

本发明的点云预测设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第一方面所述的任意一项点云预测方法。

本发明的点云编码设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第三方面所述的点云编码方法。

本发明的点云解码设备，包括处理器、存储器及通信总线；该存储器上存储有可被该处理器执行的计算机可读程序；该通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；该处理器执行该计算机可读程序时实现第四方面所述的点云解码方法。

实施例一：基于空间顺序的点云预测方法的在二维下双莫顿顺序双向查找邻居

本实施例中我们使用二维点云和二维莫顿顺序作为例子，以便更清晰的说明本技术特征，同样的技术可以应用在三维点云当中。如图2所示，图中1-64为该局部空间的莫顿顺序，该点云共有11个点，数字代表三维点云中的莫顿码顺序，编码时候按照莫顿顺序来对点云进行编码，莫顿码顺序小于49的点为已编码点，标记为圆形，莫顿码顺序大于等于49的点为未编码点，标记为三角形，当前需要编码的下一个点为49。若在该点云的莫顿顺序中搜索待编码点49的邻居作为参考点，根据莫顿顺序向前搜索3个点作为邻居，则搜索到的邻居为46、45、42这三个点，但是在该点云中这3个邻居距离当前点49距离较大。

对原点云的每个点的x和y坐标加上偏移(1，1)，加上偏移后的点如图3所示，原点云中的27、28、31、40、41、42、45、46、49、50、52点分别偏移到了新点云中的50、53、54、57、44、47、48、59、52、55、61点，点云偏移后对应的新的莫顿顺序叫做偏移莫顿顺序。在偏移莫顿顺序中对点云进行前向搜索和后向搜索，搜索到的点必须是已编码的点，前向搜索3个邻居为50、48、47，后向搜索三个邻居为53、54、57，结合原始点云搜索到的46、45、42三个邻居，计算每个邻居与当前点的距离，例如计算偏移点云中点52和点54的一阶距离为：1+2＝3，比较所有候选点的一阶距离，选取距离最小的3个点作为邻居，最终选的邻居点为原始顺序下的27、28、40点，这三个点在空间距离上优于未使用本技术的邻居。

实施例二：点云空间顺序的分段编码

对于实施例一基于空间顺序的点云属性邻居搜索算法，对于原始空间顺序和偏移空间顺序之间的转换，需要使用映射表在这两个空间顺序之间进行来回映射，那么需要在内存中保留一个包含所有点的映射表，保存这个映射表需要较大的内存空间，同时也会增加编解码的复杂度，因此本发明基于空间顺序邻居搜索的基础上，提出对点云进行分段的多个空间顺序分段编码，如图4所示以莫顿顺序为例，原始的点云是莫顿顺序点云，共包含N个点，把点云按照莫顿顺序分成多段(即，图4中的“分段莫顿顺序点云”)，每个段的数量是可以根据应用需要的内存大小进行控制，图中第1段和第2段之间有一段的重叠部分，这段重叠部分可以保持段与段之间的偏移莫顿邻居搜索方法具有较好的性能。

对于基于莫顿顺序分好的每一段点云进行偏移莫顿顺序的邻居搜索和属性编码，如图5所示，第1段点云的范围是[0,M)，第二段点云的范围是[M-k,2M-k)，在属性编码过程中，首先编码第一段点云，对第一段点云中的M个点实施实施例一介绍的基于偏移空间顺序的邻居搜索方法，对于第2段点云以及后面的所有分段点云，由于存在一段长度为k的与前一段重叠的点，这些重叠的点已编码因此不需要重复编码，第2段只需要从编码[M,2M-k)中的M-k个点，后续的段都不需要编码重叠部分的点云。使用了分段的方法进行点云属性编码后，可以仅仅缓存段内的点云属性信息和点云顺序映射关系，能有效减少点云属性编码的资源消耗，由于使用了重叠的点云分段方式，减少了分段对点云属性预测编码带来的性能损失。

基于上述点云属性解码方法，本发明还提供一种点云属性解码设备，如图6所示，其包括至少一个处理器(processor)20；显示屏21；以及存储器(memory)22，还可以包括通信接口(Communications Interface)23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。

此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。

存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

此外，上述存储介质以及点云属性编码设备中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

在一些实施方式中，将本发明提供的一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法用于点云压缩得到的结果与测试平台PCRM3.0的基准结果，基于PCRM3.0平台实现，本发明测试了把段大小M设置为2048，段重叠大小k设置为512的性能，测试结果如表1-表4所示。

表1有限损几何、有损属性条件下的性能结果

表2无损几何、有损属性条件下的性能结果

表3无损几何、有限损属性条件下的性能结果

表4无损几何、无损属性条件下的性能结果

从表1-表4中的数据可以看出，相比与测试平台PCRM3.0的基准结果，本发明提供的方法对于颜色属性，亮度、色度Cb、色度Cr在各个条件下有较大的性能提升，且编解码时间均大幅减少。

综上所述，本发明提供了一种基于分段的点云邻居搜索方法、编码方法、解码方法及设备，所述基于分段的点云邻居搜索方法包括：按空间顺序把点云分成多个段；对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；对每个段使用该两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得该当前点的邻居。本发明提供的方法实现了点云邻居搜索，能够提升点云邻居搜索的的范围，搜索到更近邻的邻居，降低搜索时间复杂度，从而提高点云属性的编码和解码性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于分段的点云邻居搜索方法，其特征在于，包括：

按空间顺序把点云分成多个段；

对每个段生成点云的两个或多个空间顺序；

对每个段内使用所述两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得所述当前点的邻居。

2.根据权利要求1所述的点云邻居搜索方法，其特征在于，按空间顺序把点云分成多个段，包括：

按照固定的大小把点云按照空间顺序分段；

按照固定的大小把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠；

按照空间顺序码高位相同关系把点云按照空间顺序分段；

按照空间顺序码高位相同关系把点云按照空间顺序分段，两段之间有部分重叠。

3.根据权利要求1所述的点云邻居搜索方法，其特征在于，所述对每个段生成点云的两个或多个空间顺序，包括：

对每个段利用点云的坐标生成所有点的空间顺序码1，使用所述空间顺序码1对点云的所有点进行排序得到点云的空间顺序1；

对每个段把所述点云的几何坐标加上一个偏移值得到新的坐标，利用所述新的坐标生成所有点的空间顺序码2并排序，得到空间顺序2；

获得了点云每个段的两个或多个空间顺序。

4.根据权利要求1所述的点云邻居搜索方法，其特征在于，所述对每个段内使用所述两个或多个空间顺序进行当前点的前向和/或后向搜索，获得所述当前点的邻居，包括：

在所述段内空间顺序1中选取当前点前向的M个点作为邻居候选点；

在所述段内空间顺序2中选取所述当前点前向的N₁个点和/或后向的N₂个点作为邻居候选点；

计算每个所述邻居候选点到所述当前点的距离，在所述邻居候选点中确定所述距离最小的m个点作为所述当前点的邻居。

5.一种点云编码方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-4任一项所述的点云邻居搜索方法确定当前点的的邻居。

6.一种点云解码方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-4任一项所述的点云邻居搜索方法确定当前点的的邻居。

7.一种点云邻居搜索设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及通信总线，其中

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-4任一项所述的基于分段的点云邻居搜索方法。

8.一种点云编码设备，其特征在于，包括处理器、存储器及通信总线，其中，

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求5所述的点云编码方法。

9.一种点云解码设备，其特征在于，包括处理器、存储器及通信总线，其中，

所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求6所述的点云解码方法。

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