CN113796068A - 使用查找表对点云压缩进行正向和逆向量化 - Google Patents

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Abstract

量化方案用正向和逆向量化查找表代替除法运算以提高效率。

Description

使用查找表对点云压缩进行正向和逆向量化
(一个或多个)相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2019年7月1日提交的标题为“FORWARD ANDINVERSE QUANTIZATION FOR POINT CLOUD COMPRESSION USING LOOK-UP TABLES”的美国临时专利申请系列No.62/869,129的优先权，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及三维图形。更具体而言，本发明涉及三维图形的编码。
背景技术
点云被认为是传输3D数据的候选格式，3D数据或者由3D扫描仪、LIDAR传感器捕获，或者在诸如虚拟现实/增强现实(VR/AR)之类的流行应用中使用。点云是3D空间中的一组点。除了空间位置(X，Y，Z)，每个点通常都具有相关联的属性，诸如颜色(R，G，B)或者甚至反射率和时间时间戳(例如，在LIDAR图像中)。为了获得目标3D对象的高保真表示，设备以数千甚至数百万个点的数量级捕获点云。此外，对于VR/AR应用中使用的动态3D场景，每一帧通常具有唯一的密集点云，这导致每秒传输数百万个点云。对于如此大量数据的可行传输，通常应用压缩。
在2017年，MPEG发布了用于压缩点云的提案征集(CfP)。在对几项提案进行评估之后，MPEG考虑两种不同的点云压缩技术：a)基于视频的点云压缩(V-PCC)，其基于3D到2D投影技术，然后是传统的视频编码；b)基于几何的点云压缩(G-PCC)，其使用3D原生编码技术，如用于几何编码的八叉树和用于属性编码的3D变换。
MPEG识别三个不同点云类别：(1)动态获取的点云，(2)静态点云，以及(3)动态点云。提出了两个测试模型，用于类别2的TMC2，其反映了V-PCC范式，以及用于类别1和3的TMC13，其反映了G-PCC范式。
发明内容
量化方案用正向和逆向量化查找表代替除法运算以提高效率。
在一个方面，一种在设备的非暂态存储器中编程的方法包括接收量化参数、使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值以及使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值。权利要求1的方法还包括使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值并对量化值执行去量化以获得重构值。对值执行量化包括将该值乘以正向查找表值并将结果右移。结果右移s+M+N，其中s为小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值，并将结果左移。结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。设备包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
在另一方面，一种装置包括：用于存储应用的非暂态存储器，该应用用于：接收量化参数、使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值以及使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及耦合到存储器的处理器，该处理器被配置用于处理该应用。该应用还用于：使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值并对量化值执行去量化以获得重构值。对值执行量化包括将该值乘以正向查找表值并将结果右移。结果右移s+M+N，其中s为小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值，并将结果左移。结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。装置包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
在另一方面，一种系统包括：编码器，被配置用于：接收量化参数、使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值以及使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及解码器，被配置用于：使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值，并对量化值执行去量化以获得重构值。对值执行量化包括将该值乘以正向查找表值并将结果右移。结果右移s+M+N，其中s为小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值，并将结果左移。结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。编码器包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
附图说明
图1图示了根据一些实施例的通过使用查找表的区域自适应分层变换(RAHT)和提升量化统一的方法的流程图。
图2图示了根据一些实施例的被配置为实现查找表量化方法的示例性计算设备的框图。
图3图示了根据一些实施例的示例性编码器和解码器配置的图。
具体实施方式
量化方案用正向和逆向量化查找表代替除法运算以提高效率。
运动图像专家组(MPEG)目前正在定义用于点云压缩(PCC)的标准。点云用于表示三维场景和对象，并且由体积元素(体素)组成，这些体积元素由其几何或外观属性描述。TMC13是一种由MPEG维护和分发的测试模型软件，它不断地并入其贡献者批准的新提案。该标准基于几何属性的被称为G-PCC的压缩方案可以使用量化框架执行属性编码，并且也在TMC13软件中实现。量化是将一系列值映射到单个值的过程，因此导致有损压缩方案。在G-PCC的上下文中，量化减少了变换属性系数的动态范围。
以前，量化是通过简单的除法完成的。如本文描述的，替代地实现了使用用于量化和逆向量化的量化表。给定量化参数QP，基于两个不同的量化表(正向(fLUT)和逆向(gLUT))导出正向和逆向量化步长(ForQstep和InvQstep)。输入值使用ForQStep量化并使用InvQstep去量化。该方案允许去除量化过程中的除法运算。利用同样的QP，如果使用fLUT，那么获得正向量化步长(ForQstep)，并且如果使用gLUT，那么获得逆向量化步长(InvQstep)。在一些实施例中，采用相同的方法来获得ForQstep和InvQstep，其中唯一的区别是使用哪个表—fLUT或gLUT。
图1图示了根据一些实施例的通过使用查找表的区域自适应分层变换(RAHT)和提升量化统一的方法的流程图。在步骤100中，接收/选择量化参数(QP)。在步骤102中，使用正向查找表(fLUT)导出ForQstep，并且在步骤104中，使用逆向查找表(gLUT)导出InvQstep。在步骤106中，使用ForQstep对值(例如，系数)进行量化从而得到量化值，并且在步骤108中使用InvQstep对量化值进行去量化，得到重构值。在一些实施例中，实现了更少或附加的步骤。在一些实施例中，修改了步骤的顺序。
本文描述了示例性实施方式。给定QP值，令：
gLUT＝[161 181 203 228 256 287]
Figure BDA0003343953900000053
并且
Qs＝gLUT[QP％6]·2s.
然后，在旧方法中
Figure BDA0003343953900000051
但是，这会导致精度损失。
替代地，在本文描述的方法中，令：
Figure BDA0003343953900000052
M和N是用户(或使用人工智能的计算设备)能够选择以调整精度的任意值。例如，在一些实施方式中，更高的M和N值产生更高的精度。
然后，基于LUT的公式被定义为：
qCoef＝(coef·fLUT)>>s+M+N.
换句话说，qCoef等于系数乘以fLUT值，结果右移s+M+N。
去量化是通过以下实现的，
coef’＝qCoef·gLUT<<s.
在一个示例中，N＝8并且M＝14，这意味着fLUT变为：
fLUT＝[26052 23173 20662 18396 16384 14614]。
在另一个示例中，为了提高精度，M能够被设置为18，在这种情况下，fLUT变为：
fLUT＝[41682 370767 330586 294337 262144 233829]。
图2图示了根据一些实施例的被配置为实现查找表量化方法的示例性计算设备的框图。计算设备200能够用于获取、存储、计算、处理、传送和/或显示信息，诸如包括3D内容的图像和视频。计算设备200能够实现任何查找表量化方面。一般而言，适用于实现计算设备200的硬件结构包括网络接口202、存储器204、处理器206、(一个或多个)I/O设备208、总线210和存储设备212。处理器的选择并不重要，只要选择具有足够速度的合适处理器即可。存储器204能够是本领域已知的任何常规计算机存储器。存储设备212能够包括硬盘驱动器、CDROM、CDRW、DVD、DVDRW、高清光碟/驱动器、超高清驱动器、闪存卡或任何其它存储设备。计算设备200能够包括一个或多个网络接口202。网络接口的示例包括连接到以太网或其它类型LAN的网卡。(一个或多个)I/O设备208能够包括以下一项或多项：键盘、鼠标、监视器、屏幕、打印机、调制解调器、触摸屏、按钮接口和其它设备。用于实现查找表量化方法的(一个或多个)查找表量化应用230可能被存储在存储设备212和存储器204中并且如应用通常被处理的那样进行处理。图2中所示的更多或更少的组件能够被包括在计算设备200中。在一些实施例中，包括查找表量化硬件220。虽然图2中的计算设备200包括用于查找表量化方法的应用230和硬件220，但是查找表量化方法能够用硬件、固件、软件或其任意组合在计算设备上实现。例如，在一些实施例中，查找表量化应用230在存储器中被编程并且使用处理器来执行。在另一个示例中，在一些实施例中，查找表量化硬件220是包括专门设计用于实现查找表量化方法的门的编程硬件逻辑。
在一些实施例中，(一个或多个)查找表量化应用230包括几个应用和/或模块。在一些实施例中，模块也包括一个或多个子模块。在一些实施例中，能够包括更少或附加的模块。
合适的计算设备的示例包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能设备、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放机(例如，DVD刻录机/播放机、高清光碟刻录机/播放器、超高清光碟刻录机/播放器)、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝(例如，智能手表)、车辆(例如，自我驾驶车辆)或任何其它合适的计算设备。
图3图示了根据一些实施例的示例性编码器和解码器配置的图。编码器设备300包括用于量化的查找表310，并且解码器设备302包括用于逆向量化的查找表312。如图所示，编码器设备300和解码器设备302能够直接通信或通过网络304(例如，互联网、蜂窝网络、局域网)进行通信。例如，编码器设备300如本文所述执行量化以生成量化值，该量化值被发送到解码器设备302，解码器设备302执行去量化以生成重构值。编码器设备300和解码器设备302能够是本文描述的任何计算设备的一部分。虽然图3示出了第一设备上的编码器和第二设备上的解码器，但在一些实施方式中，编码器和解码器在同一设备上。例如，两个设备都具有编码器和解码器(例如，编解码器)。
为了利用查找表量化方法，设备获取或接收3D内容并以优化的方式处理和/或发送内容以实现3D内容的正确、高效显示。查找表量化方法能够在用户帮助下实现或无需用户参与而自动实现。
在操作中，查找表量化方法通过使用查找表而不是除法来提高效率。本文描述的方法能够与基于几何的编码器或另一个编码器一起使用。本文描述的方法能够被RAHT和Lifting使用。结果表明，与G-PCC的当前实现相比，本文描述的方法导致可比的或更好的性能。
使用查找表对点云压缩进行正向和逆向量化的一些实施例
1.一种在设备的非暂态存储器中编程的方法，包括：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值。
2.如条款1所述的方法，还包括：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及
对量化值执行去量化以获得重构值。
3.如条款2所述的方法，其中对所述值执行量化包括：将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
4.如条款3所述的方法，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
5.如条款2所述的方法，其中对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
6.如条款5所述的方法，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
7.如条款1所述的方法，其中所述设备包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
8.一种装置，包括：
用于存储应用的非暂态存储器，所述应用用于：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及
耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置用于处理所述应用。
9.如条款8所述的装置，其中所述应用还用于：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及
对量化值执行去量化以获得重构值。
10.如条款9所述的装置，其中对所述值执行量化包括将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
11.如条款10所述的装置，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
12.如条款9所述的装置，其中对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
13.如条款12所述的装置，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
14.如条款9所述的装置，其中所述装置包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
15.一种系统，包括：
编码器，被配置用于：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及
解码器，被配置用于：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及
对量化值执行去量化以获得重构值。
16.如条款15所述的系统，其中对所述值执行量化包括：将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
17.如条款16所述的系统，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
18.如条款15所述的系统，其中对量化值执行去量化包括将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
19.如条款18所述的系统，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
20.如条款15所述的系统，其中所述编码器包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
已经根据结合细节的具体实施例描述了本发明，以促进对本发明的构造和操作的原理的理解。本文中对具体实施例及其细节的这种引用无意于限制所附权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在为说明而选择的实施例中进行其它各种修改，而不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种在设备的非暂态存储器中编程的方法，包括：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及
对量化值执行去量化以获得重构值。
3.如权利要求2所述的方法，其中对所述值执行量化包括：将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
4.如权利要求3所述的方法，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
5.如权利要求2所述的方法，其中对量化值执行去量化包括：将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
6.如权利要求5所述的方法，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述设备包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
8.一种装置，包括：
用于存储应用的非暂态存储器，所述应用用于：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置用于处理所述应用。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述应用还用于：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及
对量化值执行去量化以获得重构值。
10.如权利要求9所述的装置，其中对所述值执行量化包括：将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
11.如权利要求10所述的装置，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
12.如权利要求9所述的装置，其中对量化值执行去量化包括：将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
13.如权利要求12所述的装置，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
14.如权利要求9所述的装置，其中所述装置包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
15.一种系统，包括：
编码器，被配置用于：
接收量化参数；
使用正向查找表和量化参数导出正向量化步长值；以及
使用正向量化步长值对值执行量化以获得量化值；以及解码器，被配置用于：
使用逆向查找表和量化参数导出逆向量化步长值；以及对量化值执行去量化以获得重构值。
16.如权利要求15所述的系统，其中对所述值执行量化包括：将所述值乘以正向查找表值并将结果右移。
17.如权利要求16所述的系统，其中将结果右移s+M+N，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数，并且M和N由用户选择。
18.如权利要求15所述的系统，其中对量化值执行去量化包括：将量化值乘以逆向查找表值并将结果左移。
19.如权利要求18所述的系统，其中将结果左移s，其中s是小于或等于量化参数除以6的最大整数。
20.如权利要求15所述的系统，其中所述编码器包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、大型计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数码相机、数码摄像机、相机电话、智能电话、便携式音乐播放器、平板计算机、移动设备、视频播放器、视频碟刻录机/播放器、电视、家庭娱乐系统、增强现实设备、虚拟现实设备、智能珠宝或车辆。
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