JP7281602B2 - オプティカルフローによる予測洗練化、双方向オプティカルフローおよびデコーダ側の動きベクトル洗練化のための方法および装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2019年10月9日に出願された仮特許第62/913,141号に基づきこの仮出願の優先権を主張するものであり、この仮出願の全体は、全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
VVCでは、BDOFは、双予測された符号化ブロックの予測サンプルを洗練するために適用される。具体的には、図4に示されるように、BDOFは、双予測が使用されるときにブロックベースの動き補償予測の上で実施されるサンプル単位の動き洗練化である。
はフロア関数であり、clip3(min,max,x)は[min,max]の範囲の内部の所与の値xをクリップする関数であり、記号≫はビット単位の右シフト演算を表し、記号≪はビット単位の左シフト演算を表し、thBDOFは不規則な局所動きによる伝搬誤差を防止するための動き洗練化しきい値であり、動き洗練化しきい値は1≪max(5,bit-depth-7).に等しく、ここで、bit-depthは内部ビット深度である。(1)において、
である。
は、その2つの隣接サンプルの間の差分を直接計算することによって取得されたサンプルの水平勾配および垂直勾配であり、すなわち、
HEVCでは、動き補償予測に対して並進動きモデルのみが適用される。一方、現実の世界では、多くの種類の動き、例えば、ズームイン/アウト、回転、透視動き(perspective motion)、および他の不規則な動きがある。VVCでは、アフィン動き補償予測は、インター予測に対して並進動きモデルが適用されるかまたはアフィン動きモデルが適用されるかを示すためにインター符号化ブロックごとに1つのフラグをシグナリングすることによって適用される。現在のVVC設計では、4パラメータアフィンモードおよび6パラメータアフィンモードを含む2つのアフィンモードは、1つのアフィン符号化ブロックに対してサポートされている。
アフィン動き補償精度を改善するために、オプティカルフローモデルに基づいてサブブロックベースのアフィン動き補償を洗練するPROFは、現在のVVCにおいて現在研究されている。具体的には、サブブロックベースのアフィン動き補償を実施した後、1つのアフィンブロックのルーマ予測サンプルが、オプティカルフロー方程式に基づいて導出された1つのサンプル洗練化値によって修正される。詳細には、PROFの動作は以下の4つのこととして要約され得る。
であり、ここで、I(i,j)およびIr(i,j)は、それぞれ、ロケーション(i,j)における元の予測サンプルおよび洗練された予測サンプルである。
であり、ここで、(v0x,v0y)、(v1x,v1y)、(v2x,v2y)は現在の符号化ブロックの左上、右上、および左下の制御点MVであり、wおよびhはブロックの幅および高さである。既存のPROF設計では、MV差分ΔvxおよびΔvyは常に1/32ペルの精度で導出される。
局所照明補償(LIC:local illumination compensation)は、時間隣接ピクチャの間に存在する局所照明変化の問題に対処するために使用される符号化ツールである。重みパラメータとオフセットパラメータのペアは、1つの現在のブロックの予測サンプルを取得するために参照サンプルに適用される。一般的な数学モデルは、
PROFはアフィンモードの符号化効率を高めることができるが、その設計は依然としてさらに改善される可能性がある。特に、PROFとBDOFの両方がオプティカルフローの概念に基づいて構築されるという事実を考慮すると、PROFがハードウェア実装を容易にするためにBDOFの既存の論理を最大限に活用することができるように、PROFおよびBDOFの設計をできるだけ調和させることが非常に望ましい。そのような考慮に基づいて、現在のPROF設計とBDOF設計との間の相互作用に関する以下の非効率性が本開示において識別される。
本開示では、ハードウェアコーデック実装を容易にするために既存のPROF設計を改善および簡略化するための方法が提供される。特に、既存のBDOF論理をPROFと最大限に共有するために、BDOFおよびPROFの設計を調和させることに特別な注意が払われる。一般に、本開示における提案される技術の主要な態様は、次のように要約される。
「問題の陳述」のセクションにおいて分析されたように、現在のPROFにおけるMV差分およびサンプル勾配の表現ビット深度は、正確な予測洗練化を導出するように整合されていない。さらに、サンプル勾配およびMV差分の表現ビット深度はBDOFとPROFとの間で一貫性がなく、このことはハードウェアにとって好ましくない。このセクションでは、BDOFのビット深度表現方法をPROFに拡張することによって、1つの改善されたビット深度表現方法が提案される。具体的には、提案される方法では、各サンプル位置における水平勾配および垂直勾配は、
である。
であり、ここで、(v0x,v0y)、(v1x,v1y)、(v2x,v2y)は、1/16ペル精度で表される、現在の符号化ブロックの左上、右上、および左下の制御点MVであり、wおよびhはブロックの幅および高さである。
として計算されるはずである。
ここで、limitは
に等しいしきい値であり、clip3(min,max,x)は[min,max]の範囲の内部の所与の値xをクリップする関数である。1つの例では、nbの値は2max(5,bitdepth-7)となるように設定される。最終的に、サンプルのPROF洗練化は、
として計算される。
として導出される。
として導出される。
vx=sGx2>0 ? Clip3(-31,31,-(sGxdI<<2)>>Floor(Log2(sGx2))):0
vy=sGy2>0 ? Clip3(-31,31,((sGydI<<2)-((vx*sGxGym)<<12+vx*sGxGys)>>1)>>Floor(Log2(sGy2))):0
として例示されるように、BDOFサンプル洗練化プロセスに適用され得る。ここで、sGxdI、sGx2、sGxGym、sGxGys、およびsGy2は、中間BDOF導出パラメータである。
前に論じられたように、1つのアフィン符号化ブロックが双予測されるとき、現在のPROFが一方的に適用される。より具体的には、PROFサンプル洗練化が別々に導出され、リストL0およびL1内の予測サンプルに適用される。その後、それぞれリストL0およびL1からの洗練された予測信号は、ブロックの最終的な双予測信号を生成するために平均される。これは、サンプル洗練化が導出され、双予測信号に適用されるBDOF設計とは対照的である。BDOFおよびPROFの双予測ワークフローの間のそのような差は、実際のコーデック・パイプライン設計にとって好ましくないことがある。
前に説明されたように、BDOFとPROFの両方は現在の符号化ブロック内部の各サンプルの勾配を計算し、このことはブロックの各側の予測サンプルの1つの追加の行/列にアクセスする。追加の補間複雑性を回避するために、ブロック境界の周りの拡張領域内の必要とされる予測サンプルは、整数参照サンプルから直接コピーされる。しかしながら、「問題の陳述」のセクションにおいて指摘されたように、異なるロケーションにおける整数サンプルは、BDOFおよびPROFの勾配値を計算するために使用される。
既存のBDOF設計およびPROF設計では、2つの符号化ツールの有効化/無効化を別々に制御するために、シーケンスパラメータセット(SPS)において2つの異なるフラグがシグナリングされる。しかしながら、BDOFとPROFとの間の類似性により、1つの同じ制御フラグによって高レベルからBDOFおよびPROFを有効化および/または無効化することがより望ましい。そのような考慮に基づいて、テーブル1に示されるように、sps_bdof_prof_enabled_flagと呼ばれる1つの新しいフラグがSPSに導入される。テーブル1に示されるように、BDOFの有効化および無効化はsps_bdof_prof_enabled_flagのみに依存する。フラグが1に等しいとき、シーケンス内のビデオ・コンテンツを符号化するためにBDOFが有効化される。さもなければ、sps_bdof_prof_enabled_flagが0に等しいとき、BDOFは適用されない。一方、sps_bdof_prof_enabled_flagに加えて、SPSレベル・アフィン制御フラグ、すなわち、sps_affine_enabled_flagも、PROFを条件付きで有効化および無効化するために使用される。フラグsps_bdof_prof_enabled_flagとsps_affine_enabled_flagの両方が1に等しいとき、アフィンモードで符号化される全ての符号化ブロックに対してPROFが有効化される。フラグsps_bdof_prof_enabled_flagが1に等しく、sps_affine_enabled_flagが0に等しいとき、PROFが無効化される。
現在のPROF設計によれば、PROFは、1つの符号化ブロックがアフィンモードによって予測されるときに常に呼び出される。しかしながら、方程式(6)および(7)に示されるように、1つのアフィンブロックのサブブロックMVは制御点MVから導出される。したがって、制御点MVの間の差分が比較的小さいとき、各サンプル位置におけるMVは一貫性があるはずである。そのような場合、PROFを適用する利益は非常に限定され得る。したがって、PROFの平均的な算出複雑性をさらに低減するために、1つの4×4サブブロック内のサンプル単位のMVとサブブロック単位のMVとの間の最大MV差分に基づいてPROFベースのサンプル洗練化を適応的にスキップすることが提案される。1つの4×4サブブロック内部のサンプルのPROF MV差分の値はサブブロック中心に対して対称であるので、最大の水平および垂直PROF MV差分は方程式(10)に基づいて
現在のブロックの隣接する再構成されたサンプル(すなわち、テンプレート)は線形モデルパラメータを導出するためにLICによって使用されるので、1つのLIC符号化ブロックの復号は、その隣接サンプルの完全な再構成に依存する。そのような相互依存性により、実際のハードウェア実装の場合、LICは、隣接する再構成されたサンプルがLICパラメータ導出のために利用可能になる再構成ステージにおいて実施される必要がある。ブロック再構成は逐次的に(すなわち、1つずつ)実施されなければならないので、スループット(すなわち、並行して行われ得る単位時間当たりの作業の量)は、他の符号化方法をLIC符号化ブロックに一緒に適用するときに考慮すべき1つの重要な問題である。このセクションでは、アフィンモードに対してPROFとLICの両方が有効化されるときの相互作用を処理するための2つの方法が提案される。
VVC作業草案における現在のPROF設計によれば、PROFは、加重予測(WP)と一緒に適用され得る。例えば、これらが組み合わされたとき、1つのアフィンCUの予測信号が、以下の手順によって生成される。
として表されるように、1つのクリップ動作を導入することによって修正され、ここで、dI=dIbase+max(0,BD-12)であり、ここで、BDは内部符号化ビット深度であり、dIbaseはベースビット深度値である。1つまたは複数の実施形態では、dIbaseの値を14に設定することが提案される。別の実施形態では、この値を13に設定することが提案される。別の実施形態では、dIの値が固定されるように直接設定することが提案される。一例では、dIの値を13に設定することが提案され、すなわちサンプル洗練化は、範囲[-4096,4095]にクリップされる。別の例では、dIの値が14に設定されることが提案され、すなわちサンプル洗練化は、範囲[-8192,8191]にクリップされる。
になり、ここで、dR=16+max(0,BD-12)(または同等にmax(16,BD+4))であり、ここで、BDは内部符号化ビット深度である。
として導出され、ここで、nbは、PROFサンプル洗練化の対応するダイナミックレンジに基づいて判定され得る適用される追加のビットシフトの数である。
として記述されるように、16ビットを超えない。
Claims (5)
- ビデオ信号を復号するためのオプティカルフローによる予測洗練化(PROF)の方法であって、
デコーダにおいて、ビデオブロックに関連付けられた参照ピクチャIを取得することと、
前記デコーダにおいて、前記参照ピクチャI内の参照ブロックから前記ビデオブロックのイニシャル予測サンプルI(i,j)を取得することであって、iおよびjが前記ビデオブロック内の1つのサンプルの座標を表すことと、
前記デコーダにおいて、右シフト操作を適用することによって、PROF導出プロセスの内部PROFパラメータを導出することであって、前記内部PROFパラメータが、前記ビデオブロック内のサンプルに対して導出された水平勾配値、垂直勾配値、水平動き差分値、および垂直動き差分値を含み、前記水平動き差分値および前記垂直動き差分値を[-31,31]の対称範囲にそれぞれクリップすることと、
前記デコーダにおいて、前記内部PROFパラメータに基づいて、前記ビデオブロック内の前記サンプルのための予測洗練化値を取得することと、
前記デコーダにおいて、前記イニシャル予測サンプルおよび前記予測洗練化値に基づいて、前記ビデオブロックの洗練化された予測サンプルを取得することと、を含む方法。 - 右シフト操作を適用することによって、前記PROF導出プロセスの前記内部PROFパラメータを導出することが、
前記ビデオブロック内の一つのサンプルに対して、
前記デコーダにおいて、第1の予測サンプルと、前記イニシャル予測サンプル内の前記1つのサンプルに関連付けられた第2の予測サンプルとの差分に基づいて、水平勾配値を取得することと、
前記デコーダにおいて、第3の予測サンプルと、前記イニシャル予測サンプル内の前記1つのサンプルに関連付けられた第4の予測サンプルとの差分に基づいて、垂直勾配値を取得することと、
前記デコーダにおいて、前記ビデオブロックを含む1つのブロックの制御点動きベクトル(MV)を取得することと、
前記デコーダにおいて、前記制御点MVに基づいてアフィンモデルパラメータを取得することと、
前記デコーダにおいて、前記アフィンモデルパラメータに基づいて水平動き差分値Δvx(i,j)および垂直動き差分値Δvy(i,j)を取得することと、
前記デコーダにおいて、ビットシフト値による右シフトによって、前記水平動き差分値Δvx(i,j)および前記垂直動き差分値Δvy(i,j)を取得することであって、前記ビットシフト値が8に等しいことと、を含む、請求項1に記載の方法。 - コンピューティングデバイスであって、
1つまたは複数のプロセッサと、
前記1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体と、を含み、前記1つまたは複数のプロセッサが、
請求項1または2の方法を行うように構成される、コンピューティングデバイス。 - 1つまたは複数の処理ユニットを有するコンピューティングデバイスによる実行のための複数のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記複数のプログラムは、前記1つまたは複数の処理ユニットによって実行されたときに、前記コンピューティングデバイスにビットストリームを受信させるとともに、前記ビットストリームに基づいて請求項1または2の方法を行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
- 1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサに請求項1または2の方法を行わせる複数の命令を備えるコンピュータプログラム。
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