本發(fā)明屬于視頻壓縮編解碼，特別涉及一種vvc幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速選擇方法。

背景技術(shù)：

1、vvc在保留原有hevc框架的基礎(chǔ)上，同時(shí)也對(duì)某些方面進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。vvc中幀內(nèi)預(yù)測(cè)包含了67個(gè)預(yù)測(cè)模式，相較于hevc增加了32個(gè)模式，其中planar模式和dc模式是非角度模式，其余65個(gè)模式是角度模式。選擇一個(gè)正確的模式，能夠使圖像質(zhì)量更好且占用儲(chǔ)存的空間更小。vvc在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中rdcost的計(jì)算最為耗時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)大多是對(duì)模式抽樣逐步篩選最優(yōu)模式，或者用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)篩選最優(yōu)模式，錯(cuò)誤率高且比較耗時(shí)。如圖1所示，為67個(gè)預(yù)測(cè)模式示意圖。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，例如中國(guó)發(fā)明專利cn201910496326.0《一種vvc幀內(nèi)預(yù)測(cè)角度模式快速選擇方法》中所描述：計(jì)算模式2、18、34、50、66的satd值，并比較五個(gè)模式satd值以得到最小satd值對(duì)應(yīng)的模式i0；計(jì)算模式i0-8和i0+8的satd值，并比較模式i0、i0-8、i0+8的satd值以得到最小satd值對(duì)應(yīng)的模式i1；其中，若模式i0-8或i0+8不存在，則不進(jìn)行計(jì)算；若具有最小satd值的模式為i1＝2或i1＝66，則轉(zhuǎn)至s4；否則，計(jì)算第i1-4和i1+4模式的satd值，并比較模式i1、i1-4、i1+4的satd值以得到最小satd值對(duì)應(yīng)的模式i2；確定rdo模式集合，并采用vvc的rdo技術(shù)計(jì)算rdo模式集合中每種角度模式的rdo值，選擇rdo值最小的角度模式作為最優(yōu)角度模式。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于：

4、rdcost判定使用失真和比特作為度量，選擇到最佳的模式，在進(jìn)行模式選擇時(shí)會(huì)對(duì)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，由于rdcost在計(jì)算上非常復(fù)雜，為了減少了rdcost計(jì)算，會(huì)初步篩選一定數(shù)量的模式進(jìn)行計(jì)算rdcost，現(xiàn)有的最優(yōu)模式篩選方法大部分較為復(fù)雜且準(zhǔn)確度不高，導(dǎo)致最終選出來(lái)的模式不是最優(yōu)模式，導(dǎo)致內(nèi)存占用大，視頻質(zhì)量欠佳。

5、此外，現(xiàn)有技術(shù)常用的術(shù)語(yǔ)包括：

6、vvc：是一種視頻壓縮的編碼標(biāo)準(zhǔn)，是一種有損壓縮方案標(biāo)準(zhǔn)，基于hevc/h.265編碼標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展。

7、cu：vvc中的編碼單元，尺寸有128*128?64*64、32*32、16*16?8*8和4*4，cu內(nèi)包含對(duì)應(yīng)大小的圖像數(shù)據(jù)。

8、失真/distortion：當(dāng)前cu經(jīng)過(guò)編碼后與編碼前cu相比有一定圖像質(zhì)量損失，損失即為失真。

9、碼流大小/bit：當(dāng)前cu經(jīng)過(guò)編碼后，使用的內(nèi)存空間大小。

10、rdcost：一般情況下，視頻壓縮碼率越大，失真越??；而碼流越小，失真越大。rdcost是計(jì)算碼率和失真的一個(gè)表達(dá)式，rdcost＝d+λr。其中d為失真，r為碼流大小，λ為外部輸入。通過(guò)rdcost比較，對(duì)模式進(jìn)行判決，保持碼流大小與失真的平衡。

11、幀內(nèi)預(yù)測(cè)/intra：不參考其他圖像，只消除當(dāng)前編碼圖像內(nèi)空間冗余信息。模式選擇：vvc幀內(nèi)模式預(yù)測(cè)有67種模式，其中包含65種角度模式、planar模式(0模式)和dc模式(1模式)，編碼器會(huì)選擇其中的一種方式進(jìn)行編碼，官方模型中選擇rdcost最小的模式。

12、satd：使用哈達(dá)瑪變換粗略估計(jì)當(dāng)前cu使用某個(gè)模式時(shí)的rdcost，速度比rdcost快很多，但精度比rdcost差，常用來(lái)進(jìn)行模式快速選擇。mpm模式列表：根據(jù)當(dāng)前cu的左和上cu的最優(yōu)模式所構(gòu)建的模式列表，每一個(gè)cu都有一個(gè)mpm模式列表。

13、sobel算子：一種用來(lái)檢測(cè)圖像紋理的算子。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本技術(shù)的目的在于：通過(guò)對(duì)原始圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取出有效的特征，能夠快速且準(zhǔn)確的找出幀內(nèi)預(yù)測(cè)的最優(yōu)模式，使編碼后的視頻占用內(nèi)存小且圖像質(zhì)量好。使用sobel算子，提取cu中像素的紋理信息，建立紋理信息與幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的關(guān)系，能夠有效減少satd和rdo等計(jì)算的耗時(shí)，大大加速幀內(nèi)預(yù)測(cè)的模式選擇過(guò)程。

2、具體地，本發(fā)明提供一種vvc幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速選擇方法，所述方法包括以下步驟：

3、s1，特征提?。禾卣鬟x擇圖像的梯度方向和梯度幅值，用來(lái)檢測(cè)cu塊中圖像紋理方向和紋理強(qiáng)度；進(jìn)一步包括：

4、s1.1，對(duì)cu像素值進(jìn)行擴(kuò)展；

5、s1.2，使用sobel算子計(jì)算cu中每一個(gè)像素的梯度方向和對(duì)應(yīng)的梯度幅值；

6、s2，建立梯度方向和預(yù)測(cè)模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即將梯度方向與預(yù)測(cè)模式進(jìn)行映射：將步驟s1計(jì)算得到的梯度方向與幀內(nèi)預(yù)測(cè)的65個(gè)角度模式進(jìn)行映射；

7、s3，使用組合中最大梯度幅值占所有組合梯度幅值的占比和mpm模式來(lái)綜合篩選最優(yōu)模式。

8、所述步驟s1.1對(duì)cu像素值進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)一步包括：

9、為計(jì)算cu塊中梯度方向和梯度幅值，要對(duì)cu像素進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)cu像素值進(jìn)行擴(kuò)展，分為兩種情況：

10、(1)，cu不是圖像的邊緣塊，因此cu周邊的像素可用，直接取cu周邊的可用像素填充；

11、(2)，cu是圖像的邊緣塊，cu位于圖像邊緣，周圍有可用像素直接使用可用像素進(jìn)行填充，無(wú)可用像素，使用最鄰近的像素填充

12、所述步驟s1.1中包括4*4大小的cu，其他大小的cu擴(kuò)展方法與4*4大小的相同：

13、(1)，cu不是圖像的邊緣塊，示意如下表所示，實(shí)線內(nèi)部分p為cu內(nèi)像素，實(shí)線外部分s為cu周邊的可用像素；

14、

15、(2)，cu是圖像的邊緣塊，示意如下表所示，cu為表右上角，cu左和下方有可用像素，直接使用可用像素進(jìn)行填充，cu上和右無(wú)可用像素，使用最鄰近的像素填充；

16、

17、所述步驟s1.2，使用sobel算子進(jìn)行特征的提取，sobel算子的水平方向模板和垂直方向模板如下表1、表2所示：

18、

19、

20、梯度由模板與所覆蓋的像素一一對(duì)應(yīng)相乘并相加得到；

21、假設(shè)如下表3中示意的p1和表4中示意的p6像素計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：細(xì)虛線部分為圖像被模板覆蓋的位置，模板中間位置為需要計(jì)算特征的像素，gx和gy分別是像素的水平梯度和垂直梯度，其他像素計(jì)算與其一致，只需要計(jì)算cu的像素梯度和梯度幅值即可，填充的像素不需要計(jì)算；

22、表3：

23、

24、p1的水平方向梯度：gxp1＝(s19-s1)+2*(p2-s2)+(p6-s3)；

25、p1的垂直方向梯度：gyp1＝(s1-s3)+2*(s20-p5)+(s19-p6)；

26、表4：

27、

28、p6的水平方向梯度：gxp6＝(p3-p1)+2*(p7-p5)+(p11-p9)；

29、p6的垂直方向梯度：gyp6＝(p1-p9)+2*(p2-p10)+(s3-p11)；

30、通過(guò)兩個(gè)方向的梯度可得到梯度幅值，梯度幅值采用了近似計(jì)算，運(yùn)算簡(jiǎn)單速度更快，公式如下：

31、g＝|gx|+|gy|

32、通過(guò)兩個(gè)方向的梯度可以得到對(duì)應(yīng)的梯度方向，梯度方向計(jì)算公式：

33、

34、根據(jù)以上兩個(gè)步驟，即可得到cu中每個(gè)像素的梯度方向和梯度幅值。

35、所述步驟s2中，進(jìn)一步包括：將角度模式2-66按角度分為32個(gè)組合，如下表所示：

36、

37、即將步驟s1計(jì)算得到的梯度方向與幀內(nèi)預(yù)測(cè)的65個(gè)角度模式進(jìn)行映射。

38、所述步驟s3進(jìn)一步包括：

39、s3.1，根據(jù)梯度方向和預(yù)測(cè)模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將梯度對(duì)應(yīng)的幅值分類到對(duì)應(yīng)的組合里，對(duì)在同一個(gè)組合的模式梯度幅值進(jìn)行相加，找到最大梯度幅值的組合q，對(duì)應(yīng)的幅值和為t，表達(dá)式如下：

40、t＝max(xi(i＝1,2,3...32))，x為每個(gè)組合的幅值和；

41、s3.2，計(jì)算最大幅值t占全部組合的梯度幅值和sum的比例p，表達(dá)式如下：p＝t/sum；

42、s3.3，閾值th設(shè)為0.5，若p大于閾值th則進(jìn)行步驟s3.4，表明最終的角度模式大概率在這個(gè)最大區(qū)間內(nèi)；否則進(jìn)行步驟s3.5；

43、s3.4，對(duì)組合q內(nèi)的模式進(jìn)行satd計(jì)算，選出satd最小的模式作為最優(yōu)模式，轉(zhuǎn)到步驟s3.8；

44、s3.5，判斷組合q中的模式是否在mpm模式列表中，如果在mpm列表中則進(jìn)入步驟s3.6，否則轉(zhuǎn)到步驟s3.7；

45、s3.6，將mpm中的模式、dc模式和planar模式加入組合q中，去除重復(fù)模式，計(jì)算組合內(nèi)的satd，選出satd最小的模式為最優(yōu)模式，轉(zhuǎn)到步驟s3.8；

46、s3.7，將mpm中的模式、dc模式和planar模式加入組合q中，計(jì)算組合內(nèi)的rdcost，選出rdcost最小的模式為最優(yōu)模式，轉(zhuǎn)到步驟s3.8；s3.8，選出最優(yōu)模式。

47、由此，本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：

48、1：方法流程步驟簡(jiǎn)單且精度高，只用很少的步驟就能篩選出最優(yōu)的模式；

49、2：方法計(jì)算簡(jiǎn)單，沒(méi)有很復(fù)雜的運(yùn)算，只需要幾個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算就可以得出結(jié)果；

50、3：速度快，由于方法流程和方法公式計(jì)算簡(jiǎn)單，編碼器的運(yùn)行速度很快。