Основанный на генетическом подходе алгоритм внутрикодирования для H.266/VVC
Ключевые слова:
генетический алгоритм, H.266/VVC, внутреннее кодирование, инструменты кодирования, разделы MTD, время кодирования, качество видеоАннотация
Представлен генетический подход для оптимизации внутреннего кодирования в H.266/VVC. Предлагаемый алгоритм эффективно выбирает инструменты кодирования и многотипные древовидные разбиения (MTT) для достижения баланса между временем кодирования и качеством видео. Функция оценки пригодности, которая объединяет показатели восприятия и эффективности кодирования, используется для оценки качества каждого возможного решения. Результаты демонстрируют значительное сокращение времени кодирования без ущерба для качества видео. Предлагаемый алгоритм выбирает инструменты кодирования из набора доступных инструментов в H.266/VVC. Эти инструменты включают режимы внутреннего прогнозирования, единицы преобразования, параметры квантования и режимы энтропийного кодирования. Схема разбиения MTT включает четыре типа разбиений: квадродерево, двоичное дерево, троичное дерево и квадро-двоичное дерево. Показатели восприятия используются для оценки визуального качества закодированного видео. Показатели эффективности кодирования используются для оценки эффективности кодирования закодированного видео. Функция оценки пригодности объединяет показатели восприятия и показатели эффективности кодирования для оценки качества каждого возможного решения.
Литература
1. Fu T., Zhang H., Mu F., Chen H. Fast CU Partitioning Algorithm for H.266/VVC Intra-Frame Coding. IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME). 2019. pp. 55–60. DOI: 10.1109/ICME.2019.00018.
2. Tsai Y.-H., Lu C.-R., Chen M.-J., Hsieh M.-C., Yang C.-M., Yeh C.-H. Visual Perception Based Intra Coding Algorithm for H.266/VVC. Electronics. 2023. vol. 12(9). no. 2079. DOI: 10.3390/electronics12092079.
3. Zhao J., Wu A., Zhang Q. SVM-Based Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC Intra Coding. Electronics. 2022. vol. 11(14). no. 2147. DOI: 10.3390/electronics11142147.
4. Wang F., Wang Z., Zhang Q. FSVM- and DAG-SVM-Based Fast CU-Partitioning Algorithm for VVC Intra-Coding. Symmetry (Basel). 2023. vol. 15(5). no. 1078. DOI: 10.3390/sym15051078.
5. PyGAD: Genetic Algorithm in Python. GeneticAlgorithmPython, 2023. URL: https://github.com/ahmedfgad/GeneticAlgorithmPython (accessed 22.11.2023).
6. Zhang Q., Wang Y., Huang L., Jiang B. Fast CU Partition and Intra Mode Decision Method for H.266/VVC. IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 117539–117550. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3004580.
7. Fan Y., Chen J., Sun H., Katto J., Jing M. A Fast QTMT Partition Decision Strategy for VVC Intra Prediction. IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 107900–107911. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3000565.
8. Yang H., Shen L., Dong X., Ding Q., An P., Jiang G. Low-Complexity CTU Partition Structure Decision and Fast Intra Mode Decision for Versatile Video Coding. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 2019. vol. 30. no. 6. pp. 1668–1682. DOI: 10.1109/TCSVT.2019.2904198.
9. Wu G., Huang Y., Zhu C., Song L., Zhang W. SVM Based Fast CU Partitioning Algorithm for VVC Intra Coding. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2021. pp. 1–5. DOI: 10.1109/ISCAS51556.2021.9401614.
10. Zhang H., Yu L., Li T., Wang H. Fast GLCM-based Intra Block Partition for VVC. Data Compression Conference (DCC). 2021. pp. 382–382. DOI: 10.1109/DCC50243.2021.00060.
11. Zhao J., Wu A., Jiang B., Zhang Q. ResNet-Based Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 100337–100347. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3208135.
12. Chen M.-J., Lee C.A., Tsai Y.H., Yang C.M., Yeh C.H., Kau L.J., Chang C.Y. Efficient Partition Decision Based on Visual Perception and Machine Learning for H.266/Versatile Video Coding. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 42141–42150. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3168155.
13. Huo J., Sun Y., Wang H., Wan S., Yang F., Li M. Unified Matrix Coding for NN Originated MIP in H.266/VVC. ICASSP 2022 – 2022 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). 2022. pp. 1635–1639. DOI: 10.1109/ICASSP43922.2022.9746799.
14. Yang S., Hsiao S. H.266/VVC fast intra prediction using Sobel edge features. Electron. Lett. 2021. vol. 57. no. 1. pp. 11–13. DOI: 10.1049/ell2.12011.
15. Chen C., Wang X. A Novel Selective Encryption Scheme for H.266/VVC Video. IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). 2023. pp. 1225–1229. DOI: 10.1109/ICIP49359.2023.10222774.
16. Kwon Y., Cho K. Design of High-performance Unified DST-7/DCT-8 Circuit for Video Encoding based on H.266/VVC. Journal of the Institute of Electronic Engineers. 2022. vol. 59. no. 1. pp. 10–18. DOI: 10.5573/ieie.2022.59.1.10.
17. Zhou Y.-G., Chen J.-J. Speed up H.266/VVC Intra Coding based on Statistical Heuristic and Deep Learning Methods. International Conference on Consumer Electronics – Taiwan (ICCE-Taiwan). 2023. pp. 451–452. DOI: 10.1109/ICCE-Taiwan58799.2023.10226774.
18. Regensky A., Herglotz C., Kaup A. Motion Plane Adaptive Motion Modeling for Spherical Video Coding in H.266/VVC. IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). 2023. pp. 875–879. DOI: 10.1109/ICIP49359.2023.10222661.
19. Gou A., Sun H., Liu C., Zeng X., Fan Y. A novel fast intra algorithm for VVC based on histogram of oriented gradient. Journal of Visual Communication and Image Representation. 2023. vol. 95. DOI: 10.1016/j.jvcir.2023.103888.
20. Liu L., Yang J. An Adaptive CU Split Method for VVC Intra Encoding. International Journal of Information Technologies and Systems Approach (IJITSA). 2023. vol. 16. no. 2. pp. 1–17. DOI: 10.4018/IJITSA.322433.
21. Jing Z., Zhu W., Zhang Q. A Fast VVC Intra Prediction Based on Gradient Analysis and Multi-Feature Fusion CNN. Electronics. 2023. vol. 12(9). no. 1963. DOI: 10.3390/electronics12091963.
22. Lee M., Song H., Park J., Jeon B., Kang J., Kim J.G., Lee Y.-L., Kang J.-W., Sim D. Overview of Versatile Video Coding (H.266/VVC) and Its Coding Performance Analysis. IEIE Trans. Smart Process. Comput. 2023. vol. 12. no. 2. pp. 122–154. DOI: 10.5573/IEIESPC.2023.12.2.122.
23. Park J., Lee J., Kim B., Jeon B. Learning-based Early Transform Skip Mode Decision for VVC Screen Content Coding. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2023. vol. 33. no. 10. pp. 6041–6056. DOI: 10.1109/TCSVT.2023.3257224.
24. Teng Q., Teng G., Li X., Ma R., An P., Yang Z. Lookahead Search-Based Low-Complexity Multi-Type Tree Pruning Method for Versatile Video Coding (VVC) Intra Coding. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences. 2023. vol. E106.A. no. 3. DOI: 10.1587/transfun.2022EAP1022.
25. Wang Y., Dai P., Zhao J., Zhang Q. Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC Intra Coding Using an MET-CNN. Electronics. 2022. vol. 11(19). no. 3090. DOI: 10.3390/electronics11193090.
26. Xu Q., Xu D., Wang H., Mi Z., Wang Z., Yan H. Detecting double H.266/VVC compression with the same coding parameters. Neurocomputing. 2022. vol. 514. pp. 231–244. DOI: 10.1016/j.neucom.2022.09.153.
27. Shang X., Li G., Zhao X., Zuo Y. Low complexity inter coding scheme for Versatile Video Coding (VVC). Journal of Visual Communication and Image Representation. 2023. vol. 90. DOI: 10.1016/j.jvcir.2022.103683.
28. CPIH subset of the database for CU Partition of HEVC (CPH). 2018. URL: https://github.com/HEVC-Projects/CPIH (accessed 22.11.2023).
29. UVG dataset. 2023. URL: https://www.kaggle.com/datasets/minhngt02/uvg-yuv (accessed 22.11.2023).
2. Tsai Y.-H., Lu C.-R., Chen M.-J., Hsieh M.-C., Yang C.-M., Yeh C.-H. Visual Perception Based Intra Coding Algorithm for H.266/VVC. Electronics. 2023. vol. 12(9). no. 2079. DOI: 10.3390/electronics12092079.
3. Zhao J., Wu A., Zhang Q. SVM-Based Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC Intra Coding. Electronics. 2022. vol. 11(14). no. 2147. DOI: 10.3390/electronics11142147.
4. Wang F., Wang Z., Zhang Q. FSVM- and DAG-SVM-Based Fast CU-Partitioning Algorithm for VVC Intra-Coding. Symmetry (Basel). 2023. vol. 15(5). no. 1078. DOI: 10.3390/sym15051078.
5. PyGAD: Genetic Algorithm in Python. GeneticAlgorithmPython, 2023. URL: https://github.com/ahmedfgad/GeneticAlgorithmPython (accessed 22.11.2023).
6. Zhang Q., Wang Y., Huang L., Jiang B. Fast CU Partition and Intra Mode Decision Method for H.266/VVC. IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 117539–117550. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3004580.
7. Fan Y., Chen J., Sun H., Katto J., Jing M. A Fast QTMT Partition Decision Strategy for VVC Intra Prediction. IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 107900–107911. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3000565.
8. Yang H., Shen L., Dong X., Ding Q., An P., Jiang G. Low-Complexity CTU Partition Structure Decision and Fast Intra Mode Decision for Versatile Video Coding. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 2019. vol. 30. no. 6. pp. 1668–1682. DOI: 10.1109/TCSVT.2019.2904198.
9. Wu G., Huang Y., Zhu C., Song L., Zhang W. SVM Based Fast CU Partitioning Algorithm for VVC Intra Coding. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2021. pp. 1–5. DOI: 10.1109/ISCAS51556.2021.9401614.
10. Zhang H., Yu L., Li T., Wang H. Fast GLCM-based Intra Block Partition for VVC. Data Compression Conference (DCC). 2021. pp. 382–382. DOI: 10.1109/DCC50243.2021.00060.
11. Zhao J., Wu A., Jiang B., Zhang Q. ResNet-Based Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 100337–100347. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3208135.
12. Chen M.-J., Lee C.A., Tsai Y.H., Yang C.M., Yeh C.H., Kau L.J., Chang C.Y. Efficient Partition Decision Based on Visual Perception and Machine Learning for H.266/Versatile Video Coding. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 42141–42150. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3168155.
13. Huo J., Sun Y., Wang H., Wan S., Yang F., Li M. Unified Matrix Coding for NN Originated MIP in H.266/VVC. ICASSP 2022 – 2022 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). 2022. pp. 1635–1639. DOI: 10.1109/ICASSP43922.2022.9746799.
14. Yang S., Hsiao S. H.266/VVC fast intra prediction using Sobel edge features. Electron. Lett. 2021. vol. 57. no. 1. pp. 11–13. DOI: 10.1049/ell2.12011.
15. Chen C., Wang X. A Novel Selective Encryption Scheme for H.266/VVC Video. IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). 2023. pp. 1225–1229. DOI: 10.1109/ICIP49359.2023.10222774.
16. Kwon Y., Cho K. Design of High-performance Unified DST-7/DCT-8 Circuit for Video Encoding based on H.266/VVC. Journal of the Institute of Electronic Engineers. 2022. vol. 59. no. 1. pp. 10–18. DOI: 10.5573/ieie.2022.59.1.10.
17. Zhou Y.-G., Chen J.-J. Speed up H.266/VVC Intra Coding based on Statistical Heuristic and Deep Learning Methods. International Conference on Consumer Electronics – Taiwan (ICCE-Taiwan). 2023. pp. 451–452. DOI: 10.1109/ICCE-Taiwan58799.2023.10226774.
18. Regensky A., Herglotz C., Kaup A. Motion Plane Adaptive Motion Modeling for Spherical Video Coding in H.266/VVC. IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). 2023. pp. 875–879. DOI: 10.1109/ICIP49359.2023.10222661.
19. Gou A., Sun H., Liu C., Zeng X., Fan Y. A novel fast intra algorithm for VVC based on histogram of oriented gradient. Journal of Visual Communication and Image Representation. 2023. vol. 95. DOI: 10.1016/j.jvcir.2023.103888.
20. Liu L., Yang J. An Adaptive CU Split Method for VVC Intra Encoding. International Journal of Information Technologies and Systems Approach (IJITSA). 2023. vol. 16. no. 2. pp. 1–17. DOI: 10.4018/IJITSA.322433.
21. Jing Z., Zhu W., Zhang Q. A Fast VVC Intra Prediction Based on Gradient Analysis and Multi-Feature Fusion CNN. Electronics. 2023. vol. 12(9). no. 1963. DOI: 10.3390/electronics12091963.
22. Lee M., Song H., Park J., Jeon B., Kang J., Kim J.G., Lee Y.-L., Kang J.-W., Sim D. Overview of Versatile Video Coding (H.266/VVC) and Its Coding Performance Analysis. IEIE Trans. Smart Process. Comput. 2023. vol. 12. no. 2. pp. 122–154. DOI: 10.5573/IEIESPC.2023.12.2.122.
23. Park J., Lee J., Kim B., Jeon B. Learning-based Early Transform Skip Mode Decision for VVC Screen Content Coding. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2023. vol. 33. no. 10. pp. 6041–6056. DOI: 10.1109/TCSVT.2023.3257224.
24. Teng Q., Teng G., Li X., Ma R., An P., Yang Z. Lookahead Search-Based Low-Complexity Multi-Type Tree Pruning Method for Versatile Video Coding (VVC) Intra Coding. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences. 2023. vol. E106.A. no. 3. DOI: 10.1587/transfun.2022EAP1022.
25. Wang Y., Dai P., Zhao J., Zhang Q. Fast CU Partition Decision Algorithm for VVC Intra Coding Using an MET-CNN. Electronics. 2022. vol. 11(19). no. 3090. DOI: 10.3390/electronics11193090.
26. Xu Q., Xu D., Wang H., Mi Z., Wang Z., Yan H. Detecting double H.266/VVC compression with the same coding parameters. Neurocomputing. 2022. vol. 514. pp. 231–244. DOI: 10.1016/j.neucom.2022.09.153.
27. Shang X., Li G., Zhao X., Zuo Y. Low complexity inter coding scheme for Versatile Video Coding (VVC). Journal of Visual Communication and Image Representation. 2023. vol. 90. DOI: 10.1016/j.jvcir.2022.103683.
28. CPIH subset of the database for CU Partition of HEVC (CPH). 2018. URL: https://github.com/HEVC-Projects/CPIH (accessed 22.11.2023).
29. UVG dataset. 2023. URL: https://www.kaggle.com/datasets/minhngt02/uvg-yuv (accessed 22.11.2023).
Опубликован
2024-05-28
Как цитировать
Ибрагим, М. Х. И., Абдаламир, А.-Х. И. М., & Хатиф Наджи, А.-А. З. (2024). Основанный на генетическом подходе алгоритм внутрикодирования для H.266/VVC. Информатика и автоматизация, 23(3), 801-830. https://doi.org/10.15622/ia.23.3.6
Раздел
Цифровые информационно-телекоммуникационные технологии
Copyright (c) Murooj Khalid Ibraheem
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).