基于子块复杂度的VVC多叉树划分快速算法研究

作     者：张晨昕 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张萌萌;张韬

授予年度：2021年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：VVC 多叉树 虚拟现实360度视频 CU快速划分 

摘      要：H.266/VVC（Versatile Video Coding）是新一代的视频编码标准,主要面向超高分辨率、高动态范围的超高清视频。为了使CU（Coding Units）划分更为灵活,VVC引入了嵌套四叉树的多叉树划分结构,导致编码时间显著增加。虚拟现实360度视频是H.266/VVC的重要应用场景之一,具有与传统视频不同的统计特性,在多叉树划分上呈现不同的特点。目前针对虚拟现实360度视频的VVC多叉树划分优化研究较少。论文重点结合ERP投影格式下虚拟现实360度视频的特点,设计了多叉树划分决策快速算法。论文的主要内容和创新点如下:（1）论文研究了树型选择与CU纹理复杂度之间的关系,提出了一种四叉树划分提前终止算法。标准的多叉树划分过程中,编码器会同时尝试五种划分方式,选取其中代价最小的划分方式。论文通过统计分析ERP投影格式下虚拟现实360度视频不同纬度区域CU划分结构的特点,发现对于纹理复杂区域,从初次划分开始,编码器在五种候选划分方式中更倾向于连续选择四叉树结构,而一旦选择了二、三叉树划分方式,则不再尝试四叉树划分模式。基于此,论文通过计算CU的纹理复杂度,区分简单与复杂CU,使简单CU提前终止四叉树划分;对于复杂CU,设计了一种子块复杂度差异指标,辅助判断当前CU是否终止四叉树划分,节省编码时间。实验结果表明,在全帧内模式下,与现有的VTM8.0相比,编码时间节省了24%,WS-PSNR降低了0.02d B,BD-rate仅增加0.49%。（2）进一步地,论文研究了四叉树划分终止后,二、三叉树的划分与CU结构特点之间的关系,提出了一种二、三叉树划分快速决策算法。针对上述已终止四叉树划分的CU,论文通过分析纹理方向与CU划分方向之间的规律,利用方向测度判断二、三叉树的划分方向;论文在选定的划分方向上分析了二叉树与三叉树划分结构的特点,通过计算CU四个子块的复杂度,研究相邻子块是否分割或合并的问题,并根据特点选择最终的划分方式。将本部分算法与前述的四叉树划分提前终止算法结合,得到基于子块复杂度的VVC多叉树划分快速算法。实验表明,在全帧内模式下,与现有的VTM8.0相比,编码时间节省了42%,WS-PSNR降低了0.05d B,BD-rate仅增加1.11%。