基于深度学习的H.266/WC帧内跨分量色度预测和亮度质量增强方法研究

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视频数据的不断增长对视频编码效率提出了更高的要求。目前最新一代国际视频编码标准H.266/VVC已经发布,相比于上一代国际视频编码标准H.265/HEVC,H.266/VVC仍然采用混合编码框架,并且对编码框架中的每个模块都进行了优化,最终实现了大约50%编码效率的提升。近年来,深度学习在视频编码领域得到广泛应用,使得视频编码效率有了进一步提升。本文旨在将深度学习与最新一代国际视频编码标准H.266/VVC相结合,以提升H.266/VVC视频编码效率,主要创新点有以下两个:(1)为了提高帧内色度预测的准确度,本文提出基于深度学习的帧内跨分量色度预测编码方法。首先,分析了现有的基于深度学习的帧内跨分量色度预测方法,提出了基于通道注意力机制的神经网络模型,该网络模型由邻近参考像素特征提取模块、当前亮度块特征提取模块和特征融合模块组成。其中,邻近参考像素特征提取模块中的通道注意力机制可以更好地利用邻近参考像素与待预测色度分量之间的关系。实验结果表明,与H.266/VVC标准测试平台相比,该网络模型可以适配各种量化参数(QP),在相同的重建质量条件下,蓝色色差分量(Cb)和红色色差分量(Cr)的编码码率分别可以节省2.89%和 2.36%。(2)为了提高帧内亮度预测的有效性,本文提出了基于深度学习的帧内亮度质量增强方法。首先,在充分分析基于深度学习的环路滤波技术的基础上,提出了基于神经元注意力机制的神经网络模型。该网络模型由浅层特征提取模块、深层特征提取模块和重建模块组成。其中,浅层特征提取块将归一化QP作为输入,使得网络模型适配各种QP;深层特征提取模块由提出的多尺度神经元注意力机制(Multi-scale and Neuron Attention,MSNA)模块组成,并在MSNA模块中引入了轻量级的神经元注意力机制。本文通过实验探索了 MSNA模块的数量对编码性能的影响,在保证质量增强性能的前提下尽量降低模型复杂度。实验结果表明,与H.266/VVC标准测试平台相比,在相同的重建质量条件下,提出的方法可以使Y分量、Cb分量和Cr分量的编码码率节省1.24%、0.34%和0.16%。
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