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體驗。近年來，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家庭娛樂以及虛擬現(xiàn)實系統(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)可以實現(xiàn)更高的壓縮比。3D-HEVC繼承了HEVC的四叉樹劃分結(jié)構(gòu)，通過引入一些新技術(shù)，極大提高了壓縮效率，但同時也增加了計算復(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)其實時化應(yīng)用成為一個亟待解決的重要問題。本文正是在這樣的背景下，展開了對3D-HEVC快速算法的研究，分別針對編碼單元尺寸選擇、深度圖幀內(nèi)預(yù)測和深度圖幀率提

3、升進(jìn)行了優(yōu)化:
　　為了降低編碼單元樹劃分的復(fù)雜度，本文對3D視頻中的基本視點(diǎn)和非基本視點(diǎn)提出一種基于時空和視點(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)，由于沒有可參考視點(diǎn)，不進(jìn)行視差矢量預(yù)測，所以利用當(dāng)前視點(diǎn)內(nèi)編碼單元四叉樹分層劃分的時空相關(guān)性，跳過太大或太小的尺寸嘗試，從而降低了尺寸選擇耗時。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)，在此過程中將生成空洞標(biāo)記圖。對于非基本視點(diǎn)中的

4、深度視頻，可通過空洞標(biāo)記圖中對應(yīng)位置的空洞信息提前終止編碼單元樹的遞歸劃分;對于非基本視點(diǎn)中的紋理視頻，可結(jié)合空洞信息和視點(diǎn)間的相關(guān)性來加速編碼單元樹的劃分過程。
　　針對深度圖的幀內(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)測算法。該算法對深度圖中的每個編碼單元在進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測之前生成相應(yīng)的灰度共生矩陣。首先，通過計算灰度共生矩陣的協(xié)相關(guān)特征值，得到幀內(nèi)預(yù)測的主參考方向，只將主參考方向范圍內(nèi)的角度預(yù)測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，計算比較率失真候選列表中各候選模式的率失真代價，得到最終的幀內(nèi)預(yù)測模式。該算法可以在保證編碼效率的同時，有效降低深度圖幀內(nèi)編碼的計算復(fù)雜度。
　　針對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)動搜索的幀率提升算法。編號為奇數(shù)的訪問單元中的深度圖跳過不

6、編碼，解碼后這些跳過的深度幀通過前后幀雙向運(yùn)動補(bǔ)償?shù)姆绞奖徊逯抵亟ǔ鰜怼２逯颠^程以編碼單元樹為基本單位進(jìn)行，具體插值塊的尺寸和搜索范圍是根據(jù)對應(yīng)紋理圖的運(yùn)動信息決定的。為了保證塊間運(yùn)動矢量場的平滑性，將一個編碼單元樹中所有塊的運(yùn)動搜索過程轉(zhuǎn)化為一個全局能量最小化方程的求解，其中的匹配代價項是衡量插值塊質(zhì)量的合成視點(diǎn)失真。最后，利用圖割優(yōu)化算法來解決這個能量最小化方程，得到最終的運(yùn)動矢量。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