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CN111586406A - 一种vvc帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种vvc帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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CN111586406A
CN111586406A CN202010339113.XA CN202010339113A CN111586406A CN 111586406 A CN111586406 A CN 111586406A CN 202010339113 A CN202010339113 A CN 202010339113A CN 111586406 A CN111586406 A CN 111586406A
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Abstract

本发明公开了一种VVC帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质，本方法包括步骤：用除VCC以外的编码器对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD‑cost信息和帧间预测模式的RD‑cost信息；获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD‑cost和帧间预测模式的RD‑cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式。本发明能够利用其他视频标准得到的CU块的帧内预测模式的RD‑cost信息和帧间预测模式的RD‑cost信息，精确地对VVC编码中CU块的预测模式做出预判，从而达到降低VVC的编码复杂度，提高转码效率的目的。

Description

一种VVC帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，特别涉及一种VVC帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
目前，由于高质量和高分辨率视频的越来越普遍的应用，人们迫切需要制定出超越目前的高效视频编码(HEVC：High Efficiency Video Coding)标准的下一代视频编码技术。为了解决这个问题，运动图像专家组(M
Figure BDA0002467751200000011
PEG：Moving Picture Epert Group)和视频编码专家组(VCEG：VideoCoding Epert Group)联合成立了联合视频探索小组(JVET：JointVideo Eploration Team)，并且最近取得了重大进展。在第十届JVET会议上，JVET定义了多功能视频编码(VVC)的初稿和VVC测试模型1(VTM1)编码方法。在VVC中对于编码划分框架做出了很大的改动，在HEVC四叉树划分的基础上引入了二叉树以及三叉树划分。在VVC中取消了HEVC中的CU，PU和TU的概念，统一采用编码单元(coding unit，CU)的概念。此外，VVC在帧内预测以及帧间预测中添加了大量的工具，这导致了VVC在编码过程中预测过程的复杂度急剧增加。
与此同时，目前市场上各种视频编码标准并存，AVS、AV2、MPEG-X、H.26X等视频编码标准都有各自的应用。因此各种视频编码标准之间的格式转换即转码成为必不可少的技术。目前的已有视频标准间的转码框架以H.264转码到H.265为例如图1所示。首先，将输入的码流通过H.264/AVC解码器进行解码。通过解码得到重构视频，然后将重构视频作为源输入到HEVC/H.265编码器中生成新的码流，HEVC/H.265编码器在编码重构视频时，会产生包括帧间预测模式的RD-cost和帧内预测模式的RD-cost中间信息，这些中间信息在编码时得到，用于比较大小之后便不再写入最终的码流。
传统的转码技术只利用了视频标准的解码信息加速另一种视频标准，这种信息的局限性以及编码标准的差异较大就导致加速效果并不理想。此外，VVC由于引入了大量的帧内预测以及帧间预测的工具，导致整个预测过程复杂度急剧增大，VVC编码的最优预测模式选择标准为：首先执行帧间预测模式，计算帧间预测模式的RD-cost(率失真代价)，其次执行帧内预测模式，计算帧内预测模式的RD-cost，然后比较帧间预测模式的RD-cost和帧内预测模式的RD-cost的大小，选择RD-cost较小的模式作为最优预测模式。但目前VVC的帧内帧间预测过程复杂度高，编码时间长，因此降低VVC的帧内帧间预测过程复杂度，提高了转码效率是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种VVC帧内帧间跳过方法、系统、设备及存储介质，能够降低VVC的编码复杂度，提高了转码效率。
本发明的实施例，提供了一种VVC帧内帧间跳过方法，包括以下步骤：
用除VCC以外的编码器对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息；
获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式。
根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
本方法能够利用其他视频标准得到的CU块的帧内预测模式的RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息，精确地对VVC编码中CU块的预测模式做出预判，从而达到降低VVC的编码复杂度，提高转码效率的目的。
根据本发明的一些实施例，所述获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式，包括步骤：
将所述帧内预测模式的RD-cost记为Jintra，所述帧间预测模式的RD-cost记为Jinter；
若Jintra＞Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000031
则生成帧内预测模式跳过标识；若Jintra＜Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000032
则生成帧间预测模式跳过标识，其中，TRatio为阈值；
根据所述帧内预测模式跳过标识或所述帧间预测模式跳过标识，对VVC编码的当前CU块执行帧内预测模式跳过操作或帧间预测模式跳过操作。
根据本发明的一些实施例，所述阈值TRatio的生成，包括步骤：
计算：
Figure BDA0002467751200000033
其中，Rmax表示所述帧内预测模式的RD-cost与所述帧间预测模式的RD-cost中的较大者，Rmin表示所述帧内预测模式的RD-cost与所述帧间预测模式的RD-cost中的较小者；
将Proportion与QP值进行拟合，生成所述阈值TRatio，其中，QP为对输入码流进行编码时所输入的量化参数。
根据本发明的一些实施例，所述除VCC以外的编码器包括：HEVC、AV1、AVS、VP9或H.264编码器。
本发明的实施例，提供了一种VVC帧内帧间跳过系统，包括：第一编码器模块和VVC编码器模块；
所述第一编码器模块，用于对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息；
所述VVC编码器模块，用于获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的预测模式。
根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：
本系统能够利用其他视频标准得到的每个CU块的帧内预测模式的RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息，精确地对VVC中CU块的预测模式做出预判，从而达到降低VVC的编码复杂度，提高转码效率的目的。
本发明的实施例，提供了一种VVC帧内帧间优化设备，包括：至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述的一种VVC帧内帧间跳过方法。
本发明的实施例，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述的一种VVC帧内帧间跳过方法。
本发明实施例提供的一种VVC帧内帧间优化设备和可读存储介质能够达到的与上述方法相同的有益效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术传统视频转码框架的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种VVC帧内帧间跳过方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种VVC帧内帧间跳过方法的流程示意图；
图4为QP值与阈值Tratio的拟合关系示意图；
图5为本发明实施例提供的一种VVC帧内帧间跳过系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种VVC帧内帧间跳过设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
第一实施例：
参照图2，提供了一种VVC帧内帧间跳过方法，包括以下步骤：
S100、用除VCC以外的编码器对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息；
S200、获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式。
根据现有的最优预测模式的选择标准，若帧内预测模式的RD-cost远远小于帧间预测模式的RD-cost，例如：帧内预测模式的RD-cost等于1，帧间预测模式的RD-cost等于1000，那么这个块会使用帧内预测模式；将重构后的视频输入至VVC编码器进VVC编码时，同样的CU块的特征是不变的，而且这个块也会大概率选择帧内预测模式。同理，若帧间预测模式的RD-cost远远小于帧内预测模式的RD-cost，也是如此，此处便不再细述。
本实施例能够利用其他视频标准得到的每个CU块的帧内预测模式的RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息，然后获取与VVC编码过程中的当前CU位置相对应的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，对当前CU块的预测模式进行预判。例如，当帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost之间差值大于预设值时，可认为帧间预测模式的RD-cost远远小于帧内预测模式的RD-cost，可以预判VVC编码时，对应的CU块也会大概率的选择帧间预测模式的RD-cost，从而精确地对VVC的预测模式做出预判，达到降低VVC的编码复杂度，提高转码效率的目的。
具体的，获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式，包括步骤：
将帧内预测模式的RD-cost记为Jintra，帧间预测模式的RD-cost记为Jinter；
若Jintra＞Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000061
则生成帧内预测模式跳过标识；若Jintra＜Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000062
则生成帧间预测模式跳过标识，其中，TRatio为阈值。
根据帧内预测模式跳过标识或帧间预测模式跳过标识，对VVC编码的当前CU块执行帧内预测模式跳过操作或帧间预测模式跳过操作。
具体的，阈值TRatio的生成，包括步骤：
计算：
Figure BDA0002467751200000071
其中，Rmax表示帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost中的较大者，Rmin表示帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost中的较小者；
将Proportion与QP值进行拟合，生成阈值TRatio，其中，QP为对输入码流进行编码时所输入的量化参数。
阈值TRatio的作用是为了判断帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost中的其中一个模式远大于另一个模式。这里先求取一个比例Proportion再与QP值进行拟合，具有普遍性以及鲁棒性更好的优点。
优选的，除VCC以外的编码器包括：HEVC、AV1、AVS、VP9或H.264编码器。能够满足市面上大多数的编码器，提升本方法的适用范围。
第二实施例：
参照图3和图4，提供基于上述第一实施例方法的具体实施流程，其中以HEVC/H.265编码器为例，如下所示：
(1)将YUV视频输入到HEVC/H.26编码器中，开始编码，得到编码后的重构视频和编码过程中的中间信息，中间信息包括每个CU块的帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost，将每个CU块的帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost进行比较。其中RD-cost由以下公式计算得到：
J＝D+λ*R
其中，D是指失真值Distortion，将当前CU块的每个像素的重构像素值与原始像素值做差，将差值取绝对值，并将当前CU块的所有像素取绝对值后的差值相加，最终得到D的值。λ为编码器设定数值，此处不再细述。R为编码当前CU块所使用的比特数值。J为最终计算得到的RD-cost值。
(2)将CU块的帧内预测模式的RD-cost记为Jintra，将CU块的帧间预测模式的RD-cost记为Jinter；
若Jintra＞Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000081
则输出标志位为1；否则，则输出标志位为0。
其中，TRatio＝37.747×QP2-1583.6×QP+18884，QP代表量化参数，是编码器输入的定值。该公式是通过统计输入视频在4个不同的输入QP(22，27，32，37)的情况下，帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost中的较大者比较小者之差与较大者之间的比例Proportion，如下所示公式计算得到：
Figure BDA0002467751200000082
其中，Rmax代表帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost相比中的较大者，Rmin代表帧内预测模式的RD-cost与帧间预测模式的RD-cost相比中的较小者。计算所有比例数据的均值，将其与QP值进行数据拟合得到TRatio的计算公式。其拟合关系图如图4所示。
(3)若Jintra＜Jinter，且满足：
Figure BDA0002467751200000083
则输出标志位为3；否则，则输出标志位为2。
需要注意的是，步骤(2)和步骤(3)也是在VVC编码器内执行的。
(4)将步骤(1)中获得的重构视频输入到VVC编码器中，执行VVC编码流程。
(5)获取当前CU块所对应的HEVC中的预测模式标志位。
(6)若获取到的HEVC预测模式标志位为1，则跳过帧间预测模式，执行帧内预测模式：计算帧内预测模式的所有RD-cost，并于中选择最小的RD-cost的预测方式作为当前CU块的最优模式。由于帧内预测模式过程是本领域公知，此处不再细述。
若获取到的HEVC预测模式标志位等于3，则跳过帧内预测模式，执行帧间预测模式：包括Affine模式、Merge模式以及Inter模式，分别计算其RD-cost，并选择RD-cost最小的模式作为最优模式。由于帧间预测模式过程是本领域公知，此处不再细述。
使用VVC官方参考平台VTM7.0，并在JVET的通用测试条件下进行实验，具体如下：
在编码器的设置上，使用默认的Lowdelay-P配置中的设置，测试所用视频序列为官方推荐的采样格式为YUV420P的视频序列。编码性能主要由BDBR和TR(Time Reduction时间减少)两个指标进行评估，并以原始的VTM7.0编码器为基准评估算法的编码性能。其中，BDBR表示在同样的客观质量下两种编码方法的码率差值，由同一段视频在四个QP(Quantization Parameter量化参数)取值下(22，27，32，37)分别编码并计算码率和PSNR(Peak Signal to Noise Ratio即峰值信噪比，是一种评价图像的客观标准)所得到。BDBR能够综合反映视频的码率和质量，它表示在同样的客观质量下，较优的编码方法可以节省的码率百分比。当BDBR为负值，表示相同PSNR(峰值信噪比)下，码率减少，性能提高。正值表示码率增加，性能下降。TR则用于衡量快速算法在原编码器的基础上对编码时间的缩减程度其计算方式如下：
Figure BDA0002467751200000091
其中，T1为将本发明方法应用到VTM7.0后的总编码时间，T0为原始VTM7.0的总编码时间。当TR为负值时表示添加本发明方法的编码器比未添加本发明方法的编码器所使用的时间降低。具体结果如下表1所示。
序列名称 BDBR TR
BasketballDrill_832x480_50 1.19％ -13.64％
BasketballPass_416x240_50 0.22％ -14.25％
Johnny_1280x720_60 -0.13％ -2.86％
PartyScene_832x480_50 0.45％ -17.48％
BasketballDrive_1920x1080_50 1.54％ -12.26％
Average 0.65％ -12.10％
表1
若未使用中间信息的测试结果如下表2所示：
序列名称 BDBR TR
BasketballDrill_832x480_50 2.03％ -4.82％
BasketballPass_416x240_50 0.15 -9.67％
Johnny_1280x720_60 -0.04％ 1.32％
PartyScene_832x480_50 0.40％ -9.55％
BasketballDrive_1920x1080_50 2.66％ -0.29％
Average 1.04％ -4.60％
表2
由上表可以看出，得到实验结果与未添加本发明方法的编码器相比在BDBR(Bjotegaard Delta Bit rate)损失0.65％的情况下时间减少12.10％。
由此本实施方法能够利用视频标准得到的每个CU块的帧内预测模式的RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息，高效地降低转码过程中VVC编码产生的复杂度，精确地对VVC的预测模式做出预判，从而使得在质量损失不大的情况下，极大的降低VVC的编码复杂度，提高了转码效率。
第三实施例：
参照图5，提供了一种VVC帧内帧间跳过系统，包括：第一编码器模块和VVC编码器模块；
第一编码器模块，用于对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息；
VVC编码器模块，用于获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的预测模式。
具体的，第一编码器模块包括1个编码器，编码器可以为：HEVC、AV1、AVS、VP9或H.264编码器。VVC编码器模块包括1个VVC编码器，例如VTM7.0。
需要说明的是，本实施例与上述第一实施例是基于相同的发明构思，因此上述第一实施例的有益效果同样适用于本实施例，此处不再细述。
第四实施例：
参照图6，提供了一种VVC帧内帧间跳过设备，该VVC帧内帧间跳过设备可以是任意类型的智能终端，例如手机、平板电脑、个人计算机等。
具体地，该VVC帧内帧间跳过设备包括：一个或多个控制处理器和存储器，图6中以一个控制处理器为例。控制处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的VVC帧内帧间跳过设备对应的程序指令/模块，控制处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而实现上述系统实施例的一种VVC帧内帧间跳过系统的各种功能应用以及数据处理，从而实现上述方法实施例的一种VVC帧内帧间跳过方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储上述系统实施例的一种VVC帧内帧间跳过系统产生的数据。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于控制处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该VVC帧内帧间跳过设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在存储器中，当被所述一个或者多个控制处理器执行时，执行上述方法实施例中的一种VVC帧内帧间跳过方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至S200。
第五实施例：
提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，被图6中的一个控制处理器执行，可使得上述一个或多个控制处理器执行上述方法实施例中的一种VVC帧内帧间跳过方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至S200。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnly Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种VVC帧内帧间跳过方法，其特征在于，包括以下步骤：
用除VCC以外的编码器对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息：
获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式。
2.根据权利要求1所述的一种VVC帧内帧间跳过方法，其特征在于，所述获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的VCC编码的预测模式，包括步骤：
将所述帧内预测模式的RD-cost记为Jintra，所述帧间预测模式的RD-cost记为Jinter；
若Jintra＞Jinter，且满足：
Figure FDA0002467751190000011
则生成帧内预测模式跳过标识；若Jintra＜Jinter，且满足：
Figure FDA0002467751190000012
则生成帧间预测模式跳过标识，其中，TRatio为阈值；
根据所述帧内预测模式跳过标识或所述帧间预测模式跳过标识，对VVC编码的当前CU块执行帧内预测模式跳过操作或帧间预测模式跳过操作。
3.根据权利要求2所述的一种VVC帧内帧间跳过方法，其特征在于，所述阈值TRatio的生成，包括步骤：
计算：
Figure FDA0002467751190000013
其中，Rmax表示所述帧内预测模式的RD-cost与所述帧间预测模式的RD-cost中的较大者，Rmin表示所述帧内预测模式的RD-cost与所述帧间预测模式的RD-cost中的较小者；
将Proportion与QP值进行拟合，生成所述阈值TRatio，其中，QP为对输入码流进行编码时所输入的量化参数。
4.根据权利要求1所述的一种VVC帧内帧间跳过方法，其特征在于，所述除VCC以外的编码器包括：HEVC、AV1、AVS、VP9或H.264编码器。
5.一种VVC帧内帧间跳过系统，其特征在于，包括：第一编码器模块和VVC编码器模块；
所述第一编码器模块，用于对输入码流进行编码，得到CU块的帧内预测模式RD-cost信息和帧间预测模式的RD-cost信息；
所述VVC编码器模块，用于获取对应于当前CU块位置的帧内预测模式的RD-cost和帧间预测模式的RD-cost之间的差值，确定当前CU块的预测模式。
6.一种VVC帧内帧间优化设备，其特征在于，包括：至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1至4任一项所述的一种VVC帧内帧间跳过方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至4任一项所述的一种VVC帧内帧间跳过方法。
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