CN108632616B - 一种基于参考质量做帧间加权预测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于视频编解码技术领域,本发明的一种基于参考质量做帧间加权预测方法包括下列步骤:对于需要进行运动估计的编码模式,首先基于参考帧质量计算对应参考列表的权值,得到第一权值方式;再结合率失真代价从第一权值方式与默认的权值方式中选择一个优选权值方式,以及为当前编码块搜索最优匹配块,再既有优选权值方式进行加权预测;对于不需要进行运动估计的编码模式,则基于率失真代价从当前编码块的所有候选列表位置的已编码块的权值中选择最优权值,再基于最优权值方式进行加权预测。本发明不仅能够提高搜索匹配块的准确性,且能够反映运动补偿块做加权时对当前编码块不同的匹配程度。权值的计算具有自适应性,降低了复杂度。
Description
技术领域
本发明属于视频编解码技术领域,具体涉及一种基于参考质量的不同设置不同的权重做帧间加权预测方法。
背景技术
帧间加权预测是视频编码中的一个重要的帧间预测技术,它可用于修正P Slice或B Slice中的运动补偿预测像素。帧间双向加权预测的基本过程是:通过运动估计为当前编码块在参考列表(分别为List0和List1)的参考帧上寻找一个最佳匹配块,其中用于预测的图像称为参考图像,参考块到当前像素块的位移称为运动矢量(MV),当前像素块与参考块的差值称为预测残差,匹配块所在的参考帧的索引即为当前块的参考索引。然后对搜索到的最佳运动补偿块做加权获得当前编码块的预测值。目前的帧间加权预测规定了两种方法:默认加权预测及Explicit加权预测。
其中,默认加权预测的表达式为:P[x]=1/2*P0[x+v0]+1/2*P1[x+v1],参见图1,P[x]为当前编码块(Cur Block)的预测值,P0[x+v0]为在参考列表List0搜索到的最优匹配块(Ref List0),v0和v1为运动矢量(MV),P1[x+v1]为在参考列表List1搜索到的最优匹配块(Ref List1),1/2为帧间加权预测默认的权值。
而Explicit加权预测的表达式为:P[x]=w0*P0[x+v0]+w1*p1[x+v1],其中权值w0和w1为加权预测的权值,其权值的获得由编码器决定,并需要传送给解码端,现有标准参考软件对此加权预测方法默认关闭。
但现有参考软件的标准中,帧间加权预测方法采用的是默认的加权预测,即权值为1/2。但运动估计时搜索两参考列表(List0和List1)的最优匹配块与当前编码块的匹配程度并不是完全一样的,故采用默认双向加权预测不能准确获得当前编码块的预测值。
发明内容
本发明的发明目的在于:为了能够解决现有参考软件中,两参考列表的最优匹配块与当前编码匹配程度不同的技术问题,本发明提供了一种基于参考质量的不同做帧间双向加权预测的方法。
本发明的基于参考质量做帧间加权预测方法包括下列步骤:
判断当前编码模式是否为需要做运动估计的编码模式,若是,则执行步骤一;否则执行步骤二;
其中步骤一具体包括:
步骤101:基于参考帧质量计算对应参考列表的权值:
下述两种方式任选其一:
方式一:根据公式计算参考列表List0的权值W0,再基于公式W1=1-W0得到参考列表List1的权值,其中QP0、QP1分别为参考队列List0和List1对应的参考帧的QP(Quantization Parameter,量化参数,用于反映空间细节压缩程度,如QP小,大部分的细节都会被保留;QP增大,一些细节丢失,码率降低,但图像失真加强和质量下降);
方式二:根据公式计算参考列表List0的权值W0,再基于公式W1=1-W0得到参考列表List1的权值,其中D0表示由于参考列表List0中参考块对应的失真,D1表示由于参考列表List1中参考块对应的失真,QP0、QP1分别为参考队列List0和List1对应的参考帧的QP;
步骤102:分别对默认的权值方式和步骤101计算得到的权值方式做运动估计,得到两种权值各自的最优匹配块:
在参考列表List0和List1中分别搜索当前编码块的最优匹配块,将搜索结果记为第一匹配块;
对参考列表List0和List1的第一匹配块的率失真代价进行比较,将率失真代价较大的参考列表标记为Listmax,较小的参考列表标记为Listmin,再基于两种权值方式分别对参考列表Listmax进行二次最优匹配块搜索,得到两种权值下的第二匹配块;
基于两种权值方式下的参考列表Listmax的第二匹配块、参考列表Listmin的第一匹配块得到每种权值方式下的两个参考列表的最优匹配块;
其中二次最优匹配块搜索具体为:
将参考列表Listmin的第一匹配块记为Pmin[x+vλ],其中λ为参考列表Listmin的参考列表标识符;
在参考列表Listmax中,搜索当前编码块的参考块的最优匹配块,并将搜索结果记为第二匹配块;
步骤103:基于不同权值方式,对应权值方式下的两个参考列表的最优匹配块加权补偿,并计算两种权值方式下的率失真代价,将率失真代价较小的权值方式作为最优权值,并执行步骤104;
步骤104:基于最优权值及对应的两个参考列表的最优匹配块的加权补偿,得到当前编码块的预测值。
其中步骤二具体包括:
首先,在参考列表List0、List1中搜索当前编码块的最优匹配块P0[x+v0]、P1[x+v1];
然后,基于当前编码块的所有候选列表(基于视频编码标准所确定的候选列表)位置所对应的已编码块的权值,结合搜索到的最优匹配块P0[x+v0]、P1[x+v1]分别计算各权值下的率失真代价;
综上所述,由于采用了上述技术方案,本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:不仅能够提高搜索匹配块的准确性,且能够反映运动补偿块做加权时对当前编码块不同的匹配程度。权值的计算具有自适应性,降低了复杂度。
附图说明
图1为基于参考质量的帧间加权预测原理示意图,。
图2为参考质量的Inter/Affine Inter模式帧间加权预测决策编码示意图。
图3为基于参考质量的Inter/Affine Inter模式帧间加权示意图。
图4为基于参考质量的Inter/Affine Inter模式帧间加权决策解码示意图。
图5为参考质量的Merge/Affine Merge模式帧间加权预测示意图。
图6为基于参考质量的Merge/Affine Merge模式获取权值示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合实施方式和附图,对本发明作进一步地详细描述。
为了能够解决现有参考软件中,两参考列表的最优匹配块与当前编码块匹配程度不同,本发明提供了一种基于参考质量的不同做帧间双向加权预测方法,基于所处理的视频帧的不同编码模式,采用不同的方式实现帧间双向加权预测。
一、对需要做运动估计的编码模式,例如Inter/Affine Inter模式,实现帧间双向加权预测的具体步骤可参考图2,包括:
步骤101:基于参考帧质量计算对应参考列表的权值。
本步骤中,可采用下述两种方式的任一一种来获取权值。
方法一:
利用参考索引找到当前编码块对应的参考帧的QP,计算权值。权值的具体计算方式为:
首先根据公式计算参考列表List0的权值W0,再基于公式W1=1-W0得到参考列表List1的权值,其中QP0、QP1分别为参考队列List0和List1对应的参考帧的QP。即若当前编码块在参考列表r0中,则对应的最优匹配块的参考帧的QP为QP0;若在参考列表r1中,则对应的最优匹配块的参考帧的QP为QP1,如图3所示。
方法二:
首先根据公式计算参考列表List0的权值W0,再基于公式W1=1-W0得到参考列表List1的权值,其中D0表示由于参考列表List0中参考块对应的失真,D1表示由于参考列表List1中参考块对应的失真,QP0、QP1分别为参考队列List0和List1对应的参考帧的QP。
因为预测结果p=W0·p0+(1-W0)·p1,其中p0表示参考列表List0的匹配结果,p1表示参考列表List1的匹配结果,又因为量化步长其中QP表示参考帧的量化参数,且失真率D为D=W0 2·D0+(1-W0)2·D1,且D与Qstep满足故有因而
步骤102:分别对默认的权值(1/2)和步骤101计算得到的权值做运动估计,得到两种权值各自的最优匹配块。
便于区分两种权值方式(默认的权值、步骤101计算得到的权值),本具体实施方式中,分别使用索引标号为0和1进行标识,其中0对应步骤101计算得到的权值,例如用W1 index(其中)表示不同权值方式下的参考列表List0和List1权值,若索引标号index=0,则或若index=1,则
分别使用索引标号为0和1的权值做运动估计,在参考列表List0和List1中搜索与当前编码块的最优匹配块。
首先,在参考列表List0和List1中分别搜索当前编码块的最优匹配块,将搜索结果记为第一匹配块,可记为P0[x+v0]、P1[x+v1],其中P0[x+v0]、P1[x+v1]分别表示List0和List1的第一匹配块,v0和v1分别为List0和List1的运动矢量。最优匹配块的搜索方式为惯用方式,本发明对此不做限定;
然后,基于两种不同的权值方式,分别对两个参考列表的第一匹配块的率失真代价进行比较,将率失真代价较大的参考列表标记为Listmax,较小的参考列表标记为Listmin;再分别对参考列表Listmax进行二次最优匹配块搜索,得到两种权值下的第二匹配块;
最后,基于参考列表Listmin的第一匹配块,不同权值方式下的参考列表Listmax的第二匹配块,得到每种权值方式下的两个参考列表的最优匹配块,记为其中分别表示的List0和List1的最优匹配块,若List0为Listmax,则为List0的第二匹配块,为List1的第一匹配块,反之亦然。
其中二次最优匹配块搜索具体为:
将Listmin的第一匹配块记为Pmin[x+vλ],其中λ为参考列表Listmin的参考列表标识符,即λ=0或λ=1;
在参考列表Listmax中,搜索当前编码块的参考块的最优匹配块,并将搜索结果记为第二匹配块。
例如,用RDCost0、RDCost1分别表示List0和List1的第一匹配块的率失真代价,若RDCost0<RDCost1,则需要分别采用两种权值方式对参考列表List1进行二次搜索:即在表List1中查找当前编码块的参考块的最优匹配块,得到两种权值方式下各自的第二匹配块。
因为在进行编码的时候,涉及到对两种(本发明与现有的默认方式)的选取,故需要将对应的索引标号发送至解码端(例如采用基于上下文的熵编码方式将最优权值的索引标号写入码流),使得解码端通过解码得到对应的索引标号,然后按照编码端同样的方法计算出权值并对两运动补偿块做加权,从而使得解码端得到当前解码块的预测块,再加上解码出来的残差经过反量化和反变换后,就可以恢复出重建块。
参考图4,对每个当前解码块(CUs),当解码出其包含索引标号时,若索引标号index==1,则表示编码端采用的现有参考软件默认的权值;否则表示编码端采用的本发明所给出的权值方式(步骤101),则基于当前编码块对应参考帧的参考质量计算权值,计算方式为编码端与解码端约定是步骤101中的方式一或方式二。最后,解码端基于所确定的权值方式,对当前解码块做加权获取当前解码块的预测块。
二、对于无需做运动估计的编码模式,例如Merge模式,则通过当前编码块的候选列表中的权值来推测当前编码块的权值,实现帧间双向加权预测的具体步骤可参考图5,包括:
首先,在参考列表List0、List1中搜索当前编码块的最优匹配块P0[x+v0]、P1[x+v1];
然后,基于当前编码块的所有候选列表位置所对应的已编码块的权值,结合搜索到的最优匹配块P0[x+v0]、P1[x+v1]分别计算各权值下的率失真代价;
例如当前编码块的所有候选列表位置所对应的编码块包括5个,如图6所示,L表示当前编码块的左侧最下方位置的已编码块,A表示当前编码块上方最右侧的已编码块,AR表示距离当前编码块右上方最近的已编码块,LB表示距离当前编码块左下方最近的已编码块,LT表示距离当前编码块左上方最近的已编码块,W1~W5表示对应块的权值,基于当前编码块的最优匹配块P0[x+v0]、P1[x+v1],通过率失真代价在W1~W5中选择最优权值,若已编码块A的率失真代价最小,则当前编码块的最优权值为W1,即已编码块A所给出的参考列表List0、List1的对应权值。
本发明相比于现有最新的视频编码标准参考软件JEM-5.0.1,RA(随机接入编码)下有0.26%的比特率节省,LDB(低时延B帧编码)下有0.36%的比特节省。具体实验结果如下表1、2所示:
表1:相比于JEM-5.0.1本发明的RA情况下比特率节省
表2:相比于JEM-5.0.1本发明的LDB情况下比特率节省
综上,本发明不仅能够提高搜索匹配块的准确性,且能够反映运动补偿块做加权时对当前编码块不同的匹配程度。权值的计算具有自适应性,降低了复杂度。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.一基于参考质量做帧间加权预测的方法,其特征在于,包括下列步骤:
判断当前编码模式是否为需要做运动估计的编码模式,若是,则执行步骤一;否则执行步骤二;
其中步骤一具体包括:
步骤101:基于参考帧质量计算对应参考列表的权值:
步骤102:分别对默认的权值方式和步骤101计算得到的权值方式的两种权值方式做运动估计,得到两种权值各自的最优匹配块:
在参考列表List0和List1中分别搜索当前编码块的最优匹配块,将搜索结果记为第一匹配块;
对参考列表List0和List1的第一匹配块的率失真代价进行比较,将率失真代价较大的参考列表标记为Listmax,较小的参考列表标记为Listmin,再基于两种权值方式分别对参考列表Listmax进行二次最优匹配块搜索,得到两种权值下的第二匹配块;
基于两种权值方式下的参考列表Listmax的第二匹配块、参考列表Listmin的第一匹配块得到每种权值方式下的两个参考列表的最优匹配块;
其中二次最优匹配块搜索具体为:
将参考列表Listmin的第一匹配块记为Pmin[x+vλ],其中,vλ表示运动矢量,λ为参考列表Listmin的参考列表标识符;
在参考列表Listmax中,搜索当前编码块的参考块的最优匹配块,并将搜索结果记为第二匹配块;
步骤103:基于不同权值方式,对应权值方式下的两个参考列表的最优匹配块做加权补偿,并计算两种权值方式下的率失真代价,将率失真代价较小的权值方式作为最优权值,并执行步骤104;
步骤104:基于最优权值及对应的两个参考列表的最优匹配块的加权补偿,得到当前编码块的预测值;
其中步骤二具体包括:
在参考列表List0、List1中搜索当前编码块的最优匹配块;
基于当前编码块的所有候选列表位置所对应的已编码块的权值,结合搜索到的最优匹配块分别计算各权值下的率失真代价;
将率失真代价最小的权值作为当前编码块的最优权值;
基于最优权值,对最优匹配块进行加权,得到当前编码块的预测值。
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| GR01 | Patent grant | ||
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