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针对三维视频编码复杂度较高的问题,提出一种快速深度图像帧内编码方法.该方法基于视频图像与深度图像的相关性,利用视频图像的最优帧内预测模式信息优化深度图像帧内编码预测模式的选择范围,减少率失真代价函数的计算量,从而降低深度图像帧内编码复杂度.实验结果表明,这种方法较深度图像独立编码方法能有效地缩短深度图编码时间,在保证合成虚拟视图质量的条件下,深度图像帧内编码时间平均减少37.16% .
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收稿日期 :2011‐01‐23 网络出版时间 :2012‐01‐05
基金项目 :国家自然科学基金资助项目(61001205 ,60902052 ,60902081) ;高等学校学科创新引智计划基金资助项目 (B08038) ;中央高校
基本科研业务费资助项目 (72105457 ,K50510010021) ;西电‐中兴联合研究资助项目
作者简介 :杨 旭(1984 - ) ,女 ,西安电子科技大学博士研究生 ,E‐mail :xuyang@ mail .xidian .edu .cn .
网络出版地址 :http ://w w w .cnki .net/kcms/detail/61 .1076 .T N .20120105 .1552 .201203 .8惨002 .html
doi :10 .3969/ j .issn .1001‐2400 .2012 .03 .002
一 种 三 维 视 频 深 度 图像 快 速 帧 内编 码 方法
杨 旭
1
, 常 义 林
1
, 霍 俊 彦
1
,
元 辉
1
, 李 兵 兵
1
, 陈 涛
2
(1 .西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室 ,陕西 西安 710071 ;
2 .中兴通信公司 ,广东 深圳 518057)
摘要 : 针对三维视频编码复杂度较高的问题 ,提出一种快速深度图像帧内编码方法 .该方法基于视频图像
与深度图像的相关性 ,利用视频图像的最优帧内预测模式信息优化深度图像帧内编码预测模式的选择范
围 ,减少率失真代价函数的计算量 ,从而降低深度图像帧内编码复杂度 .实验结果表明 ,这种方法较深度图
像独立编码方法能有效地缩短深度图编码时间 ,在保证合成虚拟视图质量的条件下 ,深度图像帧内编码时
间平均减少 37畅16% .
关键词 : 三维视频 ;深度图像帧内编码 ;最优帧内预测模式 ;率失真优化
中图分类号 :TN919 .73 文献标识码 :A 文章编号 :1001‐2400(2012)03‐0007‐07
Efficient intra‐frame coding algorithm for the
depth image in 3D video
Y A NG X u
1
, C H A NG Y ilin
1
, H OU Jun
y
an
1
,
Y UA N H ui
1
, L I Bin
g
bing
1
, C H EN T ao
2
(
1 . State Key Lab . of Integrated Service Networks , Xidian Univ . , Xi摧an 710071 , China ;
2 . ZTE Corporation , Shenzhen 518057 , China)
Abstract : An efficient depth image intra
‐
frame coding method based on the dependency of the video and
the depth image is proposed to reduce the complexity of the depth image intra
‐
frame coding . In the proposed
method , the optimum intra
‐
frame coding mode of video is used to predict the optimum intra
‐
frame mode of
depth image coding in order to simplify the process of Rate
‐
Distortion Optimization ( RDO ) and reduce the
computation of the Lagrangian cost function in intra
‐
frame prediction in depth image coding . Simulation
results show that the proposed method can reduce the coding time by 37畅16% on average compared with the
independent coding method of depth images , while maintaining high virtual rendering performance .
Key Words : three dimension video ;depth image intra
‐
frame coding ;optimum intra
‐
frame predictive mode ;
RDO
三维视频(3DV )因其支持用户自由选择观看视点和体验立体视频感知已成为视频编码和通信领域的研
究热点
[1‐2]
.为了支持用户观看任意视点 ,三维视频采用多视点视频加深度(MVD)
[3‐4]
的表示方法 ,并在接
收端通过基于深度图像的描绘技术(DIBR)
[5]
合成用户点播位置的虚拟视点 .为了降低多视点视频加深度巨
大的数据量 ,三维视频编码已成为三维视频的重点研究方向 .在三维视频编码中 ,视频和深度图像均基于传
统视频编码标准(主要是 H畅264)进行两路独立编码
[6‐8]
.深度图像是基于深度图像的描绘技术的关键信息 ,
2012 年 6 月
第 39 卷 第 3 期
西安电子科技大学学报(自然科学版 )
JOURNAL OF XIDIAN UNIV ERSITY
Jun .2012
Vol .39 No .3
http ://www .xdxb .net
因此运动图像专家组(MPEG)和大量研究人员已在传统视频编码的基础上对深度图像编码展开研究 .由于
深度图像编码复杂度高 ,难以在计算资源有限平台上推广 .基于实际应用的考虑 ,文献[9]提出深度图像的快
速帧间编码方法 ,通过对深度图像的连续区域和不连续区域采用不同的编码方法降低编码复杂度 .然而 ,深
度图帧内编码在深度图编码复杂度上也占有很大比重 .
针对深度图帧内编码 ,笔者研究视频图像与对应深度图像的帧内预测模式的相关性 ,利用视频与深度结
合的方法 ,提出一种深度图像快速帧内编码方法 .该方法根据视频图像的最优帧内预测模式信息降低率失真
最优化(RDO )的复杂度 ,在保证率失真性能的前提下降低深度图像帧内编码的复杂度 .
1 H .264 的帧内编码模式
对于亮度分量 ,H .264
[10 ]
的帧内编码支持两种宏块(MB)划分方式 ,一种是 16 × 16(不对宏块进行划分 ,
称为 I16MB) ,另一种是 4 × 4(将宏块划分为 16 个 4 × 4 的子块 ,每个子块单独进行预测编码 ,称为 I4MB) .
I16MB 对应了 4 种预测模式 ,预测模式的编码序号分别为 :1(垂直) 、2(水平) 、3(DC) 、4(平面) ,如图 1(a)所
示
[11]
.I4MB 对应 9 种预测模式 ,对应的编码序号如图 1 (b)所示 .对于色度分量 (C8MB) ,其预测模式与
I16MB 的相同 ,但模式的编码序号不同 ,分别为 :1(DC) 、2 (水平) 、3(垂直) 、4(平面) .因笔者研究的是深度
图像编码 ,所以不考虑 C8MB .
图 1 H .264 帧内预测模式
H .264 通过率失真最优化(RDO)选择最优的预测模式
[12 ]
.在率失真最优化过程中 ,对每个编码块的所
有预测模式遍历计算率失真代价函数值 ,选出代价函数值最小的预测模式作为最优预测模式进行编码 .由于
代价函数值的计算复杂度很高 ,所以帧内预测编码的复杂度主要取决于率失真最优化 .为了降低深度图像的
帧内编码复杂度 ,笔者利用视频图像与深度图像帧内预测模式之间的相关性 ,降低率失真最优化复杂度 ,为
深度图像中的编码块高效选择最优编码模式 .
2 帧内编码模式相关性分析
视频图像主要描述场景中物体的轮廓 、纹理和色度信息 ,而深度图像则反映场景中物体与摄像机光心的
距离
[13 ]
.即在场景中 ,若同一物体表面上的点与像平面的距离相同或相近 ,则不论该物体表面的纹理丰富与
否 ,其反映在深度图像中的像素灰度值相同或相近 .如图 2(a)中的方块 t
1
和 t
2
,分别表示视频图像中某一物
体表面的平坦区域和纹理丰富区域 ,而它们在深度图像(图 2(b))中对应的块 d
1
和 d
2
均属于平坦区域 .
因此 ,视频图像和对应的深度图像在帧内预测模式的选择上应存在相关性 .笔者采用条件概率定量地表
示该相关性 .令 M
t
表示视频图像帧内编码时某宏块的最优帧内预测模式 ,M
d
表示深度图像中相应宏块的最
优帧内预测模式 .视频图像中宏块的预测模式为 A 时 ,深度图像对应宏块预测模式选 B 的概率为
P(M
d
=
B
|
M
t
=
A ) =
P(M
t
=
A
∩
M
d
=
B)
P(Mt
=
A )
. (1)
8
西安电子科技大学学报(自然科学版) 第 39 卷
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