基于3D-HEVC的三維視頻編碼快速算法研究.pdf

1、3D視頻系統(tǒng)可以為觀眾提供身臨其境的視覺(jué)體驗(yàn)。近年來(lái)，隨著顯示技術(shù)的提升，3D視頻得到廣泛應(yīng)用，如3D電影、自由視點(diǎn)電視、3D家庭娛樂(lè)以及虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等。然而，相比于傳統(tǒng)的2D視頻，3D視頻往往包含多個(gè)視點(diǎn)的紋理圖和深度圖，以及一些輔助信息，數(shù)據(jù)量更大，給存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬造成更大壓力。為了有效地壓縮3D視頻數(shù)據(jù)，國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)化組織成立了3D視頻編碼擴(kuò)展聯(lián)合協(xié)作組，在2D高效率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(High Efficiency Video C

2、oding，HEVC)的基礎(chǔ)上推出了3D擴(kuò)展版本3D-HEVC，較以前的多視點(diǎn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比。3D-HEVC繼承了HEVC的四叉樹(shù)劃分結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入一些新技術(shù)，極大提高了壓縮效率，但同時(shí)也增加了計(jì)算復(fù)雜度。因此，如何充分利用3D-HEVC的新特性，降低其復(fù)雜度，推進(jìn)其實(shí)時(shí)化應(yīng)用成為一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題。本文正是在這樣的背景下，展開(kāi)了對(duì)3D-HEVC快速算法的研究，分別針對(duì)編碼單元尺寸選擇、深度圖幀內(nèi)預(yù)測(cè)和深度圖幀率提

3、升進(jìn)行了優(yōu)化:
　　為了降低編碼單元樹(shù)劃分的復(fù)雜度，本文對(duì)3D視頻中的基本視點(diǎn)和非基本視點(diǎn)提出一種基于時(shí)空和視點(diǎn)相關(guān)性的編碼單元尺寸選擇快速算法。最先被編碼的基本視點(diǎn)，由于沒(méi)有可參考視點(diǎn)，不進(jìn)行視差矢量預(yù)測(cè)，所以利用當(dāng)前視點(diǎn)內(nèi)編碼單元四叉樹(shù)分層劃分的時(shí)空相關(guān)性，跳過(guò)太大或太小的尺寸嘗試，從而降低了尺寸選擇耗時(shí)。當(dāng)基本視點(diǎn)編碼重建完成后，根據(jù)三維空間變換關(guān)系將其映射到待編碼的非基本視點(diǎn)，在此過(guò)程中將生成空洞標(biāo)記圖。對(duì)于非基本視點(diǎn)中的

4、深度視頻，可通過(guò)空洞標(biāo)記圖中對(duì)應(yīng)位置的空洞信息提前終止編碼單元樹(shù)的遞歸劃分;對(duì)于非基本視點(diǎn)中的紋理視頻，可結(jié)合空洞信息和視點(diǎn)間的相關(guān)性來(lái)加速編碼單元樹(shù)的劃分過(guò)程。
　　針對(duì)深度圖的幀內(nèi)編碼，提出一種基于灰度共生矩陣的深度圖快速幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法。該算法對(duì)深度圖中的每個(gè)編碼單元在進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)之前生成相應(yīng)的灰度共生矩陣。首先，通過(guò)計(jì)算灰度共生矩陣的協(xié)相關(guān)特征值，得到幀內(nèi)預(yù)測(cè)的主參考方向，只將主參考方向范圍內(nèi)的角度預(yù)測(cè)模式添加到粗略模式選擇候

5、選列表中;然后，根據(jù)灰度共生矩陣的角二階矩特征值和鄰近塊是否使用了深度建模模型，判斷當(dāng)前深度編碼單元是否為平滑塊，對(duì)平滑塊省去將深度建模模型加入率失真候選列表中;最后，計(jì)算比較率失真候選列表中各候選模式的率失真代價(jià)，得到最終的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。該算法可以在保證編碼效率的同時(shí)，有效降低深度圖幀內(nèi)編碼的計(jì)算復(fù)雜度。
　　針對(duì)3D-HEVC低幀率編碼后的深度視頻提出一種基于圖割優(yōu)化運(yùn)動(dòng)搜索的幀率提升算法。編號(hào)為奇數(shù)的訪問(wèn)單元中的深度圖跳過(guò)不

6、編碼，解碼后這些跳過(guò)的深度幀通過(guò)前后幀雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞奖徊逯抵亟ǔ鰜?lái)。插值過(guò)程以編碼單元樹(shù)為基本單位進(jìn)行，具體插值塊的尺寸和搜索范圍是根據(jù)對(duì)應(yīng)紋理圖的運(yùn)動(dòng)信息決定的。為了保證塊間運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的平滑性，將一個(gè)編碼單元樹(shù)中所有塊的運(yùn)動(dòng)搜索過(guò)程轉(zhuǎn)化為一個(gè)全局能量最小化方程的求解，其中的匹配代價(jià)項(xiàng)是衡量插值塊質(zhì)量的合成視點(diǎn)失真。最后，利用圖割優(yōu)化算法來(lái)解決這個(gè)能量最小化方程，得到最終的運(yùn)動(dòng)矢量。用該算法重建出的深度圖合成的虛擬中間視點(diǎn)，與用正常