CN109246430A - 虚拟现实360度视频快速帧内预测和cu划分提前决策 - Google Patents

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Abstract

一种在高效视频编码(HEVC)用于对立方体格式(CMP)虚拟现实360度视频内容进行快速编码的方法，所述方法包括根据哈德玛变换的候选列表减少预测模式和利用编码比特数作为阈值进行编码单元(CU)的提前划分决策，其中，所述根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式执行如下操作：分析哈德玛变换后的候选列表的第一个候选模式，根据预测单元尺寸，对候选列表进行更改，得出新的候选列表，同时根据预测单元尺寸决定是否进行最可能模式过程。所述利用编码比特数作为阈值进行CU提前划分决策执行如下操作：对不同量化参数(QP)、不同深度的CU进行统计分析，得出CU划分编码比特数阈值，用于判断是否提前结束CU划分。

Description

虚拟现实360度视频快速帧内预测和CU划分提前决策
联合研究
本申请由北方工业大学与北京交通大学信息所联合研究，并得到以下基金资助：国家自然科学基金(No.61103113，No.60903066)，北京市属高等学校人才强教深化计划项目(PHR201008187)；江苏省自然科学基金(BK2011455)，北京市自然科学基金(No.4102049)，***新教师基金(No.20090009120006)；国家973计划(2012CB316400)，中央高校基础研究基金(No.2011JBM214)。
技术领域
本发明涉及图像与视频处理领域，更具体而言，涉及在高效视频编码(HEVC)用于对虚拟现实360度视频CMP格式进行快速帧内编码以及CU提前划分决策。
背景技术
2010年4月，两大国际视频编码标准组织VCEG和MPEG成立视频压缩联合小组JCT-VC(Joint collaborative Team on Video Coding)，一同开发高效视频编码HEVC(Highefficiency video coding)标准，其也称为H.265。HEVC标准主要目标是与上一代标准H.264/AVC实现大幅度的编码效率的提高，尤其是针对高分辨率视频序列。其目标是在相同视频质量(PSNR)下码率降为H.264标准的50％。
随着硬件设备技术和网络通信技术的进一步发展，虚拟现实技术再次成为焦点，而虚拟现实视频作为虚拟现实技术重要的一部分，其研究意义极其重要重大。为了有效编码更高分辨率以及虚拟现实视频，VCEG和MPEG又联合成立了Joint Video ExplorationTeam(JVET)共同研究未来视频编码。
虚拟现实视频具有高分辨率、沉浸性、交互性等特点，与传统视频有很大区别，因其360度环绕的特性，故无法使用传统视频编码技术直接进行编码，JVET提出的编码方案，是将360度球面视频映射到2D平面，然后再用传统的视频编码技术(HEVC)进行编码。因此对于虚拟现实视频的编码分为两部分：球面视频映射成为平面视频，对平面视频进行编码。为此，JVET在HEVC的测试模型HM的基础上扩充了360Lib用于视频投影转换。
从球面视频映射到平面视频，考虑像素损失和映射后的编码效率，JVET在几次会议中研究总结了ERP(Equirectangualr Projection)、CMP(Cubemap Projection)等等映射方案，以及对不同映射方案的优化。立方体映射则根据球面所对应的每个平面进行投影，基本不存在投影过程中的视频像素拉伸情况，但却分割了球面视频信息，要将6个投影面拼接起来即可完成球面到平面的投影。
HEVC经过了十几年的发展优化，虽然能够高效编码高清视频，但对于虚拟现实360度视频巨大的数据量，依然存在编码效率低的问题。
发明内容
在本发明中，提出一种在高效视频编码(HEVC)用于对虚拟现实360度视频进行快速编码的方法，所述方法包括根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式和利用编码比特数作为阈值进行编码单元(CU)提前划分决策。
其中，所述根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式执行如下操作：
1)如果当前PU尺寸为8x8或者4x4，进行步骤2；如果当前PU尺寸为64x64、32x32或者16x16，跳到步骤7；
2)分析哈德玛变换后的候选列表的第一个候选模式，如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，跳到步骤3；如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，跳到步骤4；
3)如果前两个模式的差值的绝对值小于等于3，即可判定为相邻模式。如果前两个模式是相邻模式跳到步骤5，如果不相邻跳到步骤6；
4)只保留DC和Planar模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。
5)候选列表保留第一个模式，并将其左右各2个，一共4个模式加入到候选列表中，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。；
6)候选列表只保留前两个不相邻的模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。
7)如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，保持候选列表不变进入MPM过程。
8)如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，只保留DC和Planar模式，然后跳过MPM过程直接进行RDO。
所述利用编码比特数作为阈值进行CU提前划分决策执行如下操作：对不同量化参数(QP)、不同深度的CU进行统计分析，得出CU划分编码比特数阈值，将每个深度编码比特数与实验得出的CU划分编码比特数阈值进行对比，判断是否提前结束划分。
根据另一方面，本发明提出了采用上述方法或装置的视频编解码器。
根据另一个方面，本发明提出了一种计算机程序产品，其包含指令，所述指令当由处理器执行时，执行上述方法。
附图说明
图1示出了虚拟现实360度视频的编码流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的方法流程图。
图2a示出了根据本发明的一个实施例的用于深度大于2的PU的候选列表模式修改的方法的流程图。
1)分析哈德玛变换后的候选列表的第一个候选模式，如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，跳到步骤3；如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，跳到步骤4；
2)如果前两个模式的差值的绝对值小于等于3，即可判定为相邻模式。如果前两个模式是相邻模式跳到步骤5，如果不相邻跳到步骤6；
3)只保留DC和Planar模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。
4)候选列表保留第一个模式，并将其左右各2个，一共4个模式加入到候选列表中，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。；
5)候选列表只保留前两个不相邻的模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程。
图2b示出了根据本发明的一个实施例的用于深度小于等于2的PU的候选列表模式修改的方法的流程图。
1)如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，保持候选列表不变进入MPM过程。
2)如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，只保留DC和Planar模式，然后跳过MPM过程直接进行RDO。
将每个深度编码比特数与阈值进行对比，当CU的比特数小于阈值，终止进一步划分；当CU的比特数大于阈值，深度加1，继续判断比特数与阈值的关系，直到最深层的CU。
图3示出了不同QP、不同深度的CU的编码比特数阈值
具体实施方式
现在参考附图来描述各种方案。在以下描述中，为了进行解释，阐述了多个具体细节以便提供对一个或多个方案的透彻理解。然而，显然，在没有这些具体细节的情况下也能够实现这些方案。
如在本申请中所使用的，术语“组件”、“模块”、“***”等等旨在指代与计算机相关的实体，例如但不限于，硬件、固件、硬件和软件的组合、软件，或者是执行中的软件。例如，组件可以是但不限于：在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行体(executable)、执行线程、程序、和/或计算机。举例而言，运行在计算设备上的应用程序和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以位于执行进程和/或者执行线程内，并且组件可以位于一台计算机上和/或者分布在两台或更多台计算机上。另外，这些组件可以从具有存储在其上的各种数据结构的各种计算机可读介质执行。组件可以借助于本地和/或远程进程进行通信，例如根据具有一个或多个数据分组的信号，例如，来自于借助于信号与本地***、分布式***中的另一组件交互和/或者与在诸如因特网之类的网络上借助于信号与其他***交互的一个组件的数据。
图1示出了虚拟现实360度视频的编码流程图。由于虚拟现实360度视频是球面视频，无法直接使用现有的编码标准进行编码，因此，要先将球面视频映射到2D平面上，再使用HEVC进行编解码。解码完成后通过逆映射变换得到球面视频。
本申请中不对图1中球面视频映射格式以及HEVC的编码器架构的整体架构进行描述。更具体而言，本发明主要关注于针对虚拟现实360度视频帧内编码的快速算法。
方法概述
HEVC中的帧内编码被用来去除视频每一帧图像的空间相关性，对于数据量巨大的虚拟现实360度视频，去除每一帧图像的空间相关性的编码意义更加重大。在使用CMP投影格式的时候，虽然不会带来明显的像素信息的拉伸，但在拼接时候会使得一些角度模式失去意义，因此本方法中，使用一种模式优化算法节省编码时间。另外，在CU划分中，使用编码比特数作为阈值进行快速划分决策，进一步节省编码时间。
1.模式优化
其中，所述根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式执行如下操作：
1)如果当前PU尺寸为8x8或者4x4，进行步骤2；如果当前PU尺寸为64x64、32x32或者16x16，跳到步骤7；
2)分析哈德玛变换后的候选列表的第一个候选模式，如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，跳到步骤3；如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，跳到步骤4；
3)如果前两个模式的差值的绝对值小于等于3，即可判定为相邻模式。如果前两个模式是相邻模式跳到步骤5，如果不相邻跳到步骤6；
4)只保留DC和Planar模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程；
5)候选列表保留第一个模式，并将其左右各2个，一共4个模式加入到候选列表中，完成对候选列表的修改，进入MPM过程；
6)候选列表只保留前两个不相邻的模式，完成对候选列表的修改，进入MPM过程；
7)如果候选列表的第一个候选模式是角度模式，保持候选列表不变进入MPM过程；
8)如果候选列表的第一个候选模式不是角度模式，只保留DC和Planar模式，然后跳过MPM过程直接进行RDO。如图2b所示。
2.基于编码比特数的CU快速划分
对QP为22、27、32、37的情况，分别根据CU尺寸为64x64，32x32，16x16时的情况，根据实验得出CU划分比特数阈值，将每个深度编码比特数与阈值进行对比，当CU的比特数小于阈值，终止进一步划分；当CU的比特数大于阈值，深度加1，继续判断比特数与阈值的关系，直到最深层的CU。
本发明的上述实施例皆可实现为基于HEVC的编码器。该基于HEVC的编码流程如图1所示。本领域技术人员应该理解，该解码器可以实现为软件、硬件和/或固件。
当用硬件实现时，视频编码器可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者设计为执行本文所述功能的其任意组合，来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP内核的组合或者任何其它此种结构。另外，至少一个处理器可以包括可操作以执行上述的一个或多个步骤和/或操作的一个或多个模块。
当用ASIC、FPGA等硬件电路来实现视频编码器时，其可以包括被配置为执行各种功能的各种电路块。本领域技术人员可以根据施加在整个***上的各种约束条件来以各种方式设计和实现这些电路，来实现本发明所公开的各种功能。
尽管前述公开文件论述了示例性方案和/或实施例，但应注意，在不背离由权利要求书定义的描述的方案和/或实施例的范围的情况下，可以在此做出许多变化和修改。而且，尽管以单数形式描述或要求的所述方案和/或实施例的要素，但也可以设想复数的情况，除非明确表示了限于单数。另外，任意方案和/或实施例的全部或部分都可以与任意其它方案和/或实施例的全部或部分结合使用，除非表明了有所不同。

Claims (9)

1.一种在高效视频编码(HEVC)用于对立方体格式(CMP)虚拟现实360度视频内容进行快速帧内编码的方法，包括根据哈德玛变换后的候选列表减少预测模式和利用编码比特数作为阈值进行编码单元(CU)的提前划分决策，其中，所述根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式执行如下操作：分析哈德玛变换后的候选列表的结果，如果当前预测单元(PU)尺寸为8x8或者4x4，分析第一个候选模式：如果是角度模式，进一步分析前两个候选模式是否相邻，如果相邻，保留第一个候选模式及其相邻4个模式；如果不相邻，只保留前两个模式；如果不是角度模式，只保留DC和Planar模式然后进行最可能模式(MPM)过程。
如果当前预测单元(PU)尺寸为64x64、32x32或者16x16，分析第一个候选模式：如果是角度模式，不作改变，进行MPM过程；如果不是角度模式，只保留DC和Planar模式，跳过MPM过程直接进行率失真优化(RDO)。
2.权利要求1所述快速帧内编码方法，其中，所述利用编码比特数作为阈值进行CU提前划分决策，执行如下操作：对不同量化参数、不同深度的CU进行统计分析，得出CU划分编码比特数阈值，将每个深度编码比特数与实验得出的CU划分编码比特数阈值进行对比，如果当前深度的CU的编码比特数小于阈值，终止划分；如果当前深度的CU的编码比特数大于阈值，深度加1，进一步分析CU比特数，直到最深层为止。
3.一种在高效视频编码(HEVC)用于对立方体格式(CMP)虚拟现实360度视频内容进行快速帧内编码的装置，包括根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式和利用编码比特数作为阈值进行编码单元(CU)的提前划分决策，其中，所述根据哈德玛变换后的候选列表的结果减少预测模式执行如下操作：分析哈德玛变换后的候选列表的结果，如果当前预测单元(PU)尺寸为8x8或者4x4，分析第一个候选模式：如果是角度模式，进一步分析前两个候选模式是否相邻，如果相邻，保留第一个候选模式及其相邻4个模式；如果不相邻，只保留前两个模式即可；如果不是角度模式，只保留DC和Planar模式然后进行最可能模式(MPM)过程。
如果当前预测单元(PU)尺寸为64x64、32x32或者16x16，分析第一个候选模式：如果是角度模式，不作改变，然后进行MPM过程；如果不是角度模式，只保留DC和Planar模式然后跳过MPM过程直接进行率失真优化(RDO)。
4.权利要求1所述快速帧内编码装置，其中，所述利用编码比特数作为阈值进行CU提前划分决策，执行如下操作：对不同量化参数、不同深度的CU进行统计分析，得出CU划分编码比特数阈值，将每个深度编码比特数与实验得出的CU划分编码比特数阈值进行对比，如果当前深度的CU的编码比特数小于阈值，终止划分；如果当前深度的CU的编码比特数大于阈值，深度加1，进一步分析CU比特数，直到最深层为止。
5.如权利要求3所述，对不同量化参数、不同深度的CU进行统计分析得出的CU划分编码比特数阈值。
6.一种用于实现权利要求1-2中任一项所述的方法或权利要求3-4的装置的视频编解码器。
7.一种用于执行权利要求1-2中任一项所述的方法的计算机程序产品。
8.一种根据执行权利要求1-2中任一项所述的方法生成的或者由权利要求3-4所述的装置编码的编码视频流。
9.一种视频解码器，用于解码根据执行权利要求1-2中任一项所述的方法生成或者由权利要求3-4所述的装置编码的编码视频流。
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