VVC中的Merge技術(shù)優(yōu)化研究摘要：本文研究了VVC編碼中的Merge技術(shù)在壓縮效率和運(yùn)算速度上存在的問(wèn)題，并提出一種優(yōu)化方案。首先分析了Merge技術(shù)在VVC編碼中的應(yīng)用，探討了當(dāng)前算法的優(yōu)缺點(diǎn)。然后，針對(duì)Merge后的候選塊獲取方式和選擇方式可能存在的冗余計(jì)算問(wèn)題，提出了基于信息熵的優(yōu)化方案。最后，基于VTM-12.0開源編碼器，在CIF和4K分辨率下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的算法較傳統(tǒng)算法在不同碼率下都能夠有效地提升編碼效率，并且在實(shí)時(shí)編碼過(guò)程中具有較高的優(yōu)化效果，為VVC編碼的進(jìn)一步性能提升提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：VVC、Merge技術(shù)、信息熵、實(shí)時(shí)編碼、優(yōu)化

1.引言

隨著人們對(duì)于視頻內(nèi)容高品質(zhì)和高清晰度的需求不斷提高，視頻編碼技術(shù)作為影音傳輸和存儲(chǔ)的基礎(chǔ)技術(shù)也得到了廣泛的關(guān)注。視頻編碼技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)從基本的MPEG、H.264/AVC到現(xiàn)在的H.265/HEVC和VVC，而VVC是一種被視為下一代視頻編碼方式的先進(jìn)技術(shù)，其主要功能是提高視頻壓縮效率和質(zhì)量。

在VVC編碼中，Merge技術(shù)是一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的常用技術(shù)之一。然而，在VVC編碼中，Merge技術(shù)在保持壓縮效率的同時(shí)也面臨著一些問(wèn)題。例如：在獲取候選塊和選擇塊時(shí)可能存在冗余計(jì)算問(wèn)題，在實(shí)時(shí)編碼場(chǎng)景下，可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的計(jì)算負(fù)荷，大大降低編碼速度和質(zhì)量。因此，如何優(yōu)化VVC中的Merge技術(shù)，成為了一個(gè)重要的研究問(wèn)題。

2.VVC中Merge技術(shù)的應(yīng)用分析

Merge技術(shù)是一種從預(yù)測(cè)單元周圍特定方向的預(yù)測(cè)中提取信息并應(yīng)用于當(dāng)前塊的方法。Merge技術(shù)在預(yù)測(cè)單元中與其他預(yù)測(cè)單元合并以減少編碼負(fù)荷，從而提高圖像壓縮效率。Merge技術(shù)主要包括獲取候選塊和選擇方式兩個(gè)方面。

2.1候選塊獲取方式

在Merge技術(shù)中，獲取候選塊是影響Merge性能的關(guān)鍵。當(dāng)前的算法主要通過(guò)搜索周圍像素矩陣以找到與當(dāng)前塊最匹配的候選塊。然而，這種搜索方法是一種較為暴力的方法，當(dāng)搜索距離較大時(shí)，會(huì)存在大量的冗余計(jì)算，嚴(yán)重影響了算法的運(yùn)行速度。此外，當(dāng)候選塊在預(yù)測(cè)單元附近過(guò)于密集時(shí)，難以準(zhǔn)確地選擇最佳候選塊。

2.2選擇方式

合并塊的選擇方式是一種基于確定最佳合并塊的排序算法，即選擇與當(dāng)前塊最匹配的合并塊。當(dāng)前選擇方案是對(duì)每個(gè)候選塊計(jì)算一個(gè)已知的代價(jià)，用于選擇最佳的合并塊。

3.基于信息熵的Merge技術(shù)優(yōu)化方案

為了優(yōu)化VVC中的Merge技術(shù)，提高其壓縮效率和運(yùn)算速度，本文提出了一種基于信息熵的優(yōu)化方案。該方案主要分為兩個(gè)部分：一是通過(guò)信息熵提出一種新的候選塊選擇策略，二是重新設(shè)計(jì)一個(gè)基于簡(jiǎn)單代價(jià)計(jì)算的合并塊選擇算法。

3.1候選塊選擇策略

本文采用信息熵的方法作為候選塊選擇策略。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

-將搜索窗口中的灰度信息作為一個(gè)向量，并做一定的歸一化處理；

-構(gòu)建以均值為中心的K個(gè)類，并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的類別分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

-根據(jù)候選塊與訓(xùn)練數(shù)據(jù)各類別的統(tǒng)計(jì)分布差異，計(jì)算信息熵；

-選擇信息熵最小的候選塊作為最佳選擇。

3.2合并塊選擇算法

本文基于簡(jiǎn)單代價(jià)計(jì)算重新設(shè)計(jì)了合并塊選擇算法。該算法首先根據(jù)已知的代價(jià)計(jì)算每個(gè)候選塊的相關(guān)信息，然后選擇代價(jià)最小的候選塊作為合并塊。相比傳統(tǒng)的算法，本文的優(yōu)化算法的代價(jià)計(jì)算更為簡(jiǎn)單直接。

4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文在VTM-12.0開源編碼器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)使用了CIF和4K分辨率的視頻片段。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的基于信息熵的候選塊選擇策略，在不同碼率下均能夠有效地提升視頻的壓縮效率。此外，本文所提出的基于簡(jiǎn)單代價(jià)計(jì)算的合并塊選擇算法，具有更快的計(jì)算速度和更好的實(shí)時(shí)編碼效果。

5.結(jié)論

本文研究了VVC編碼中的Merge技術(shù)優(yōu)化問(wèn)題，并提出了基于信息熵的候選塊選擇策略和基于簡(jiǎn)單代價(jià)計(jì)算的合并塊選擇算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的優(yōu)化方案能夠在不同碼率下有效地提高視頻壓縮效率和實(shí)時(shí)編碼效果，具有較好的性能和應(yīng)用前景。該研究為VVC編碼的進(jìn)一步優(yōu)化提供了一定的參考。

6.展望

雖然本文所提出的優(yōu)化方案在VVC編碼中取得了良好的效果，但仍有待進(jìn)一步的改進(jìn)和探索。一方面，當(dāng)前的優(yōu)化方案主要針對(duì)靜態(tài)場(chǎng)景下的視頻編碼，如何應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的視頻編碼仍需深入研究；另一方面，VVC作為一個(gè)新興的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)日益成熟，未來(lái)的優(yōu)化方案也需要考慮到對(duì)其它視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。因此，未來(lái)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：

（1）進(jìn)一步探索信息熵在VVC編碼優(yōu)化中的應(yīng)用，提出更有效的候選塊選擇策略，以進(jìn)一步提高編碼效率和編碼質(zhì)量。

（2）繼續(xù)研究合并塊選擇算法中的代價(jià)計(jì)算方法，提出更精確和全面的代價(jià)計(jì)算模型，以及更快速的代價(jià)計(jì)算方法，以提高實(shí)時(shí)編碼效果。

（3）考慮到未來(lái)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兼容性和通用性，可以探索將本文所提出的優(yōu)化方法應(yīng)用到其他標(biāo)準(zhǔn)中，如H.264、H.265等。

總之，本文的研究不僅為VVC編碼的優(yōu)化提供了新的思路和方法，也為未來(lái)視頻編碼的優(yōu)化和發(fā)展提供了啟示（4）探索基于深度學(xué)習(xí)的VVC編碼優(yōu)化方法，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，自動(dòng)學(xué)習(xí)和提取視頻數(shù)據(jù)的特征，以取代當(dāng)前基于人工經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則的算法，提高編碼效率和質(zhì)量。

（5）結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)，探索面向多媒體傳輸?shù)腣VC編碼優(yōu)化方法，將其應(yīng)用于更廣泛的場(chǎng)景和應(yīng)用場(chǎng)合中，如游戲直播、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

（6）研究可擴(kuò)展視頻編碼中的VVC編碼優(yōu)化方法，將其應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻流的傳輸，并實(shí)現(xiàn)多維度的流媒體傳輸，以提高視頻的傳輸效率和質(zhì)量。

綜上所述，VVC編碼是視頻壓縮領(lǐng)域的最新標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)化方法的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。未來(lái)的研究需要圍繞視頻數(shù)據(jù)壓縮和傳輸?shù)淖顑?yōu)化方法展開，利用新興技術(shù)和算法手段，不斷提高視頻編碼的效率和質(zhì)量，以滿足人們對(duì)高清、高速、高效視頻傳輸?shù)囊螅?）探索VVC編碼在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用低功耗的硬件和算法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的高效壓縮和傳輸，并提升無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控和傳輸能力。

（8）結(jié)合云計(jì)算和移動(dòng)設(shè)備，研究基于VVC編碼的視頻推送技術(shù)，將視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送到移動(dòng)設(shè)備上，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的觀看體驗(yàn)。

（9）利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)VVC編碼過(guò)程中的數(shù)據(jù)、幀類型、趨勢(shì)等進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，使編碼算法能夠更加智能化和自適應(yīng)，從而提高編碼效率和質(zhì)量。

（10）研究VVC編碼在虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，通過(guò)將視頻數(shù)據(jù)與虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出更加逼真和生動(dòng)的視聽效果，為用戶帶來(lái)更加真實(shí)的體驗(yàn)。

總之，VVC編碼是視頻壓縮的重要手段，其優(yōu)化方法的研究對(duì)提高視頻編碼效率和質(zhì)量具有重要意義。未來(lái)的研究需要結(jié)合新興技術(shù)和算法手段，不斷探索和創(chuàng)新，