基于二阶差分的VVC编码块快速划分方法

技术领域

本发明属于视频编解码领域，具体是一种基于二阶差分的VVC编码块快速划分方法。

背景技术

随着VR仿真视频、360度视频、实时视频等产业的发展，从二维平面到多维虚拟视频、标准动态范围到高动态范围等领域的扩展，视频编解码技术也在不断发展。2020年JVET推出了新一代的多功能视频编码标准H.266/VVC(简称VVC)，基于

VVC中编码块是通过穷举递归的方式从这五种划分模式中选择出最佳划分模式。如图1编码块实际划分示意图，每个编码单元的划分和其本身的纹理相关，对于平坦区域或者纹理方向性明显的区域，它们在划分模式的选择上会有明显的倾向性，明显不合适的划分模式的尝试将是一种冗余。这种穷举的划分流程大大增加了整体编码的复杂性，因而通过一定的措施来减少CU划分模式的复杂选择过程是必要的。上一代的视频编码标准只有一种QT划分模式，是一个是否划分的二分类问题；对于纹理内容复杂的CU，会倾向于划分，相反倾向于不划分；这时只需要判断CU的纹理复杂性即可。但是在VVC中新增的四种划分模式均和方向有关，这时需要考虑到CU的纹理方向，从而对划分模式候选列表进行筛选；同时这五种划分模式的子块数量有三种，子块数量越多说明当前CU纹理越复杂。因而VVC中编码单元的划分问题更加复杂，需要从多个角度着手考虑。

传统的图像处理方法直接使用在CU划分中并不能到达普遍适应的效果，因而需要对相应方法进行改进创新，进而更好地实现编码效率和时间节省之间的平衡。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于二阶差分的VVC编码块快速划分方法，在保证视频质量和编码效率的前提下，降低编码单元划分模式选择的复杂度，节省整体的编码时间。

实现本发明的技术解决方案为：第一方面，本发明提供一种基于二阶差分的VVC编码块快速划分方法，包括如下步骤：

步骤1，获取当前编码单元的宽高尺寸，针对小于等于32X32的编码单元进行接下来的操作；

步骤2，计算编码单元的水平和垂直方向上的纹理强度，并用最大纹理强度代表该方向上的纹理强度；

步骤3，根据量化参数计算出阈值β，将步骤2中两个方向上的最大纹理强度比值和β进行比较，进而对划分模式候选列表进行筛选。

进一步的，对于纹理强度的计算，具体如下：

对于一个宽为W、高为H的编码单元水平方向上第j，j+2，j+4列之间的纹理强度利用二阶差分进行计算，公式如下：

其中(i,j)表示对应像素点坐标，P(i,j)表示对应坐标(i,j)处的像素值；如公式所示，并不是采用相邻列之间的二阶差分，而是对列数进行了步长为2的下采样；该尺寸CU水平方向上所有的纹理强度计算如下：

其中j满足条件：j∈(1<＝j

垂直方向上的计算公式如下：

其中i满足条件：i∈(1<＝i

进一步的，对于候选模式筛选的规则，具体如下：

(1)当THmax/TVmax>β时，表示当前CU水平方向纹理差异更加明显，编码块更倾向于垂直方向划分模式，因此跳过水平划分模式；对于宽<高的CU只跳过水平三叉树划分；

(2)当TVmax/THmax>β时，表示当前CU垂直方向纹理差异更加明显，编码块更倾向于水平方向划分模式，因此跳过垂直划分模式；对于宽>高的CU只跳过垂直三叉树划分；

(3)当(1)和(2)的条件都不满足的时候，表示当前CU的纹理方向差异不明显，所以更适合方向性较弱的二叉树划分，因此跳过三叉树划分。

进一步的，步骤3中的阈值β和量化参数QP有关，β的取值如下：

其中，QP表示量化参数。

进一步的，对于不满足尺寸条件或者阈值条件的编码单元，直接进行原始的划分流程，即通过穷举法选择出最佳划分模式。

进一步的，对于步骤3，将不合适的模式从候选列表中删除之后，剩余的候选模式将按进行原始划分步骤进行。

第二方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的方法的步骤。

第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。

本方法和现有的算法相比，具有以下优点：

(1)相比于常用的边缘检测提取方向梯度后再分别计算两个方向的纹理强度进行比较的方法而言；所提出的方法将其简化为一步，直接利用邻近像素之间的相似性表示纹理强度进行比较；

(2)同时针对划分方向和划分模式复杂性两个角度对候选模式列表进行了筛选，并对不同宽高比的CU进行了自适应处理。

附图说明

图1为编码块实际划分示意图。

图2为基于二阶差分的VVC编码块快速划分算法流程图。

具体实施方式

本发明利用编码单元水平和垂直方向的纹理强度来筛选划分模式候选列表。结合图2，具体步骤如下：

步骤1，获取当前编码单元的宽高尺寸，针对小于等于32X32的编码单元进行接下来的操作；

步骤2，计算编码单元的水平和垂直方向上的纹理强度，并用最大纹理强度代表该方向上的纹理强度；

步骤2.1计算所有的水平纹理强度：

其中j满足条件：j∈(1<＝j

步骤2.2计算所有的垂直纹理强度：

其中i满足条件：i∈(1<＝i

步骤3，将步骤2中两个方向上的最大纹理强度比值和阈值β进行比较，进而对划分模式候选列表进行筛选；

步骤3.1根据下式计算相应的阈值β：

步骤3.2将THmax/TVmax值和β进行比较并做出相应筛选：

(1)当THmax/TVmax>β时，表示当前CU水平方向纹理差异更加明显，编码块更倾向于垂直方向划分模式，因此跳过水平划分模式；对于宽<高的CU只跳过水平三叉树划分(TTH)；

(2)当TVmax/THmax>β时，表示当前CU垂直方向纹理差异更加明显，编码块更倾向于水平方向划分模式，因此跳过垂直划分模式；对于宽>高的CU只跳过垂直三叉树划分(TTV)；

(3)当(1)和(2)的条件都不满足的时候，表示当前CU的纹理方向差异不明显，所以更适合方向性较弱的二叉树划分(BT)划分，因此跳过三叉树划分(TT)划分。

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例

本实施例展示的是基于二阶差分的VVC编码块快速划分方法，其流程如图2所示，在进行编码单元划分之前，先判断该编码单元是否满足快速算法的块尺寸条件；对于不满足条件的直接进行原始的划分流程，对于满足条件的进行该快速划分算法。

对于满足条件的编码单元分别计算水平和垂直的最大纹理强度的比值；接着将比值和阈值β进行比较；最后通过比较结果对划分模式候选列表进行筛选，留下更可能更适合的划分模式。

对于筛选后的模式列表进行原来的递归划分寻找最合适的划分模式，通过这样的方式自适应的减少了部分编码单元划分候选模式数量，从而减少了编码复杂度。

将上述方法与原始的VTM10.0编码性能进行了比较，表1给出了编码时间、BDBR和BD-PSNR编码性能比较。其中，BDBR表示同等客观视频质量(即PSNR)的条件下，相比原始VTM10.0编码方法比特率的变化情况。编码时间ΔT是相对于原始VTM10.0编码方法在时间上的节省情况。BD-PSNR表示同等码率的条件下，相比原始VTM10.0编码方法该方法得到的视频质量的损失情况。从实验结果可以看出，相比原始编码器，该方法能够在保证重建视频质量和编码效率的同时节省整体编码时间。

表1本发明方法和VTM10.0方法的实验结果对比

/>

本发明不局限于权利要求和上述实施例所涉及的内容，只要是根据本发明的构思所创造出来的任何发明，都应归属于本发明的保护范围之内。