VVC下虚拟现实视频的多类型树及码率控制算法研究

作     者：侯岩 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张萌萌

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：360度视频编码 CU快速划分 多类型树 码率控制 变差函数 马氏距离 

摘      要：近年来,虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)发展迅速,虚拟现实360度视频(简称360度视频)也越来越受欢迎。360度视频在编码之前需要投影到二维平面中,目前最常用的投影方法是等距柱状投影(Equirectangular projection,ERP)。采用这种投影方式会导致360度视频在高纬度区域拉伸严重,影响了编码效率。根据ERP视频的特点,论文提出了多类型树块划分模式的早期决策算法以及基于CTU(Coding Tree Unit)信息熵的码率控制算法来分别提升编码速度和编码性能。第一,针对360度视频在多类型树划分过程中遍历全部划分模式导致的复杂度高的问题,论文研究了在ERP投影格式下的CU(Coding Unit)划分过程。经过统计发现,ERP视频的拉伸现象会影响VVC(Versatile Video Coding)编码块划分的模式选择,导致水平划分模式的选择概率更高。论文提出了一种基于变差函数和马氏距离的快速划分算法,设计了度量方向差异性的指标,根据CU尺寸优化了阈值的选取。实验结果表明,该算法与VTM(VVC test model)4.0相比,在BDBR仅增加0.66%的条件下节省了32.13%的编码时间。第二,论文研究了ERP投影下的虚拟现实视频的码率分配算法。针对ERP投影两极区域冗余数据量大特点,论文提出了一种基于CTU信息熵的码率控制算法。该算法设计了一种加权的CTU级比特分配方案,通过调控高信息量区域和低信息量区域CTU的权重来重新分配码率。实验结果表明,与VTM4.0相比,在Lowdelay配置下的BDBR(Bjontegaard delta bit rate)平均降低了1.29%,编码时间仅平均增加了6.13%;在Randomaccess配置下的BDBR平均降低了0.66%,编码时间仅平均增加1.8%。