量化参数自适应全景视频编码.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月绵阳师范学院学报(自然科学版)().收稿日期:基金项目:成都师范学院专项科研项目()作者简介:杨栩()男四川广元人讲师博士研究生研究方向:全景视频编码及传输 量化参数自适应全景视频编码杨栩(成都师范学院物理与工程技术学院四川成都)摘 要:高效的全景视频压缩对沉浸式、低延时的视觉体验十分重要 服务器端的全景视频通过投影到 平面经过编码、传输到客户端后反投影到球面供用户观看 而全景视频投影过程中会在球面的两极产生拉伸形变进而产生像素冗余 针对这一问题提出一种自适应量化参数算法根据全景视频纬度方位来调整编码参数优化编码 实验结果表明提出的算法相较于基准.能达到.的码率节省编码时
2、间下降.关键词:全景视频 量化参数 投影 率失真优化 中图分类号:文献标志码:文章编号:():././.():.:引言虚拟现实()技术和增强现实()技术为用户提供了色彩更逼真、画面更清晰的全新沉浸式视觉体验广泛应用于游戏、监控、教育、直播、购物等领域 视频或图像可以通过三维建模建立一个完全虚拟的空间也可以通过专门的摄像机进行实景拍摄 在观看 视频的时候用户可以通过头戴显示器()观看通过控制头部运动来控制视野范围进而产生身临其境的交互式沉浸体验 可以追踪头部方位或眼睛视点位置从而为提取用户视觉注意特征提供可能 全景视频又称 视频或球域视频或全方位视频正逐渐成为最热门的/业务相较于传统视频它包含
3、的全方位球域视觉信息允许观众在观看时自由改变视角选择感兴趣区域()进行观看让用户可以随时随地全方位体验各种虚拟或真实场景并沉浸其中 为了达到这种全方位的沉浸式体验全景视频的分辨率需要达到 及以上才能实现 目前 全景视频应用主要面临高分辨率、高帧率带来的压缩、存储、传输以及渲染难题 高分辨率、高帧率视频的处理需要消耗大量的计算资源和通信带宽而 头盔自身计算能力和无线传输带宽均十分有限 如何在保证终端用户视觉体验质量的前提下减少处理和传输的数据规模就成为了当前 全景视频研究的重点 与传统的 视频图像不同全景视频图像分布在整个球面全景视频压缩方法必然与传统视频压缩方法有所不同由于没有专门的球域全景视
4、频压缩工具现在的主流方法都是将球域视频投影到 平面借助成熟的传统视频编码器进行压缩比如./、./、等 全景视频在球域上是没有边界的投影到平面后会产生几何失真也就是投影过程中球面各区域的采样密度各不相同比特率或失真的计算权重也应各有区别 本研究针对全景视频 投影格式在两极处的过采样问题提出自适应量化参数方法来优化编码本算法不仅有较大的性能提升编码复杂度也有较大降低 投影目前没有专门的球域视频编码器只有将其投影到平面后再由传统编码器进行编解码 解码后的平面视频图像反投影回球面并呈现给用户终端用户通过头戴显示设备观看所以全景视频压缩的重点之一在投影 目前常用的投影方式有、等 因为投影平面越多产生的图
5、像边界也越多这对跨边界的运动搜索是非常不利的将严重影响率失真性能 所以 投影仍是全景视频编码研究的重点也是默认的投影方式.坐标变换 将球面图像投影到平面图像过程中由于在球面两极处的采样密度与平面的采样密度不一致将导致在球面两极处出现过采样 而球面的三维坐标与投影平面的采样坐标之间有着一一对应关系 图 给出了全景视频通过 投影到 平面的原理图可以看出投影前后除了赤道区域外全景图像的其余区域都被拉直为矩形而产生形变越靠近南北两极这种几何失真越严重 现在的通用做法是通过插值算法来填充拉伸区域 绵阳师范学院学报(自然科学版)图 全景视频图像通过 投影到 平面.球面坐标可以通过经度 和纬度 来定位它们的
6、取值范围分别为和空间坐标()和经纬度之间的关系为 ()()()同理 平面的任意采样点()与归一化的()平面之间的关系为 (.)/()(.)/()其中 和 分别为 平面的宽和高 经纬度坐标和()平面坐标的关系为 (.)()(.)().量化参数自适应全景视频编码为了改善由于过采样而破坏的图像信息将自适应调整量化参数 并用于全景视频的率失真优化编码 编码树单元()作为调整编码参数(比如量化参数)的最小单位将用于调整全景视频的编码参数 由于球面环带区域对应于 平面的 行也就是 行中每个 的面积伸缩比一致 根据图 可知 行只跟纬度坐标位置有关 即(.)/()上式中 为 平面的第 行 反投影后对应的球面环
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