ICIP2020：VVC无损模式中ISP的快速实现 _编码

?本文来自论文《A FASTOF THE INTRAMODE FOR VVC》
VVC主要通过Skip Mode(TSM) 实现无损编码，由于VVC不支持同时使用TSM和Intra(ISP)，本文将研究在VVC在无损编码中结合TSM和ISP 。
VVC中无损编码的实现的主要配置如下：
ISP简介
ISP就是将亮度帧内预测块进一步划分为子块。它在水平或垂直方向上将亮度帧内预测块划分为n个子块，划分的子块数量n取决于CU尺寸，
Fig.1是CU中包含超过32个像素时ISP划分的情况。
ISP划分的每个子块都采用同样的帧内预测模式所以对于一个CU只需要传输一次帧内模式，它们的帧内预测过程和普通帧内预测一样：首先，生成预测值和残差值，然后，对残差进行变换量化，非零系数进行熵编码传到解码端。其结果重建后可以用于预测下一个子块。
在VVC中同一个CU不允许同时使用ISP和TSM模式，这主要是因为在有损编码时两者结合编码增益不高。但这没有考虑到无损编码的情况，本文主要完成下面两件事：
无损编码中的ISP ISP和TSM的结合

文章插图
为了在无损编码中将TSM和ISP结合，需要进行以下改进：
编码端估计
【ICIP2020：VVC无损模式中ISP的快速实现】帧内预测搜索过程用于选择最优的模式，包括帧内预测模式、MRL、MIP、ISP等。从中选择RD cost最小的模式，失真用原始像素和重建像素的均方误差度量。但是为所有模式计算RD cost复杂度太高了，所以VTM7.0构建了Most(MPC) 列表，只需要为MPC中的模式计算RD cost 。MPC列表创建过程如下：
对MRL、MIP和普通帧内候选模式（不包括ISP）的RD cost进行排序，失真用预测像素和原始像素的SAD度量。
只取K个候选项，K由块尺寸和MIP模式的RD cost决定。
将 MostModes (MPM)中的候选项加入列表。
将ISP模式加到列表最末端。
可以看见，上面没有对ISP模式进行RD cost估计。这是因为在有损编码中ISP模式无法准确计算SAD，除第一个子块外，其他子块需要利用前一个子块的重建值来预测，而这又必须等所有RD cost计算完之后才能获得。
VTM7.0中无损编码的帧内搜索和上面相同，唯一的区别在于计算RD cost时不用计算失真。
无损编码的一个特点是所有重建像素都可以估计到，因为它和原始像素相同，这样就可以对ISP模式计算SAD 。本文提出快速算法替换上面MPC列表构建的第四步，
4.a 令C等于MPC列表（ISP模式加入之前）中第二好的RD cost 。

文章插图
4.b 计算所有预选的普通帧内预测模式的ISP-SAD构建一个子列表，每个模式计算两遍因为ISP有水平和垂直两种划分方式。
4.c 为ISP-SAD子列表的所有元素计算基于SAD的RD cost 。
4.d 将所有基于SAD的RD cost小于C的ISP模式加入MPC 。此外，每加入一个ISP模式同时移除一个最差的非ISP模式。但是至少保留一个非ISP模式。
MPC构建流程如Fig.2所示，
实验结果
实验在VTM7.0无损模式下完成。共两组实验：TSM和ISP结合但没有搜索优化（V1）、TSM和ISP结合同时有搜索优化（V2）。
实验结果如表所示，V1编码增益0.73%同时编码耗时127%，V2编码增益0.71%同时编码耗时111% 。结果表明快速搜索优化可以达到更好的编码时间和编码增益的平衡。同时，V1和V2都节省了码率，表明在VVC无损编码中将TSM和ISP结合能取得很好的结果。
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