CN101394565B - 一种帧内预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够提高帧内预测压缩效率的帧内预测方法。它包括步骤：(1)根据图像编码帧尺寸，选择亮度的帧内预测处理单元尺寸；(2)分别选择亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式；(3)按照选定的亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式进行帧内预测，得到帧内预测子块的帧内预测采样值及残差；(4)将帧内预测子块的编码模式、亮度和色度帧内预测模式及残差分别编码，送入码流中。本发明主要针对预测子块尺寸为4×8、8×4、8×16和16×8的情况进行分类，匹配5种可选预测模式，从而在同等图像质量的条件下，节约了3％～5％的码流带宽，提高了图像编码压缩效率，对部分预测模式的选择，还可以起到简化运算复杂度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种在执行图像编码或解码时使用的帧内预测方法，更具体的讲，涉及一种能够提高帧内预测压缩效率的帧内预测方法。
背景技术
数字视频压缩编码技术是对数字视频信号进行压缩和解压缩的技术，视频压缩的一个重要的手段就是去除空间冗余和时间冗余。去除空间冗余的技术又叫做“帧内预测技术”，它能够提高帧内编码宏块的编码效率。在H.264视频标准出现以前，已有的编码标准都是在频域内进行帧内预测的，如MPEG-2的直流系数(DC)差分预测、MPEG-4的DC及高频系数(AC)预测。H.264视频标准提出了基于空域多方向的帧内预测，提高了预测精度，从而提高了编码效率。其帧内预测的预测块尺寸为4×4及16×16，其中4×4块帧内预测时有9种模式，16×16块帧内预测时有4种模式。之后提出的AVS视频标准的帧内预测块尺寸为8×8，8×8块帧内预测时有5种预测模式。
现有的H.264视频标准和AVS视频标准在进行帧内预测时4×4、8×8及16×16的三种预测子块及其对应的预测模式可以满足绝大多数图像处理的要求。但是，预测子块尺寸及预测模式种类的不同，对不同场景、不同分辨率下的图象预测效果是有差异的，在一些情况下选取预测子块尺寸为4×8、8×4、8×16和16×8的子块进行帧内预测时却可以在达到同等图像质量的条件下获得更高的图象编码压缩比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有的H.264视频标准和AVS视频标准在进行帧内预测时对预测子块尺寸的限制，提出了一种适用于矩形预测子块的帧内预测方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案，提出了一种帧内预测方法，包括步骤：(1)根据图象编码帧尺寸，选择亮度的帧内预测处理单元尺寸；(2)分别选择亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式；(3)按照选定的亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式进行帧内预测，得到帧内预测子块的帧内预测采样值及残差；(4)将帧内预测子块的编码模式、亮度和色度帧内预测模式及残差分别编码，送入码流中。
上述技术方案中，选择亮度和色度的帧内预测处理单元的具体方法是：当图象编(解)码帧尺寸小于或等于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以8×8为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在8×4和4×8中选择；当图象编(解)码帧尺寸大于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以16×16为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在16×8和8×16中选择；色度帧内预测处理单元和帧内预测子块均为8×8。
上述技术方案中，亮度帧内预测子块尺寸和预测模式的选择步骤是：(21)按照从上到下，或从左到右的顺序，将亮度帧内预测处理单元平均划分为尺寸为4×8、8×4、8×16或16×8的第一子块和第二子块，所述第一子块位于亮度帧内预测处理单元的上边或左边，所述第二子块位于亮度帧内预测处理单元的下边或右边；(22)使用第一子块的参考象素值，对第一子块以多种预测模式执行帧内预测，并计算每一种的绝对误差和SAE；综合比较获取的所有SAE，选择最小SAE对应的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的帧内预测子块尺寸和第一子块的帧内预测模式；(23)对第一子块按照选定的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式执行帧内预测，得到第一子块的帧内预测采样值及残差；(24)将第一子块的残差与帧内预测采样值相加形成第二子块的参考象素值，对第二子块以多种预测模式执行帧内预测并计算每一种的SAE；选择最小SAE对应的帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的第二子块的帧内预测模式；(25)对第二子块按照选定的预测模式执行帧内预测，并记录帧内预测采样值及残差。
上述技术方案中，所述亮度帧内预测子块和色度帧内预测子块的预测模式为垂直模式、水平模式、有源直流模式、左双对角线模式或右双对角线模式中的一种。
本发明的有益效果是：主要针对预测子块尺寸为4×8、8×4、8×16和16×8的情况进行分类，匹配5种可选预测模式，从而在同等图象质量的条件下，节约了3％～5％的码流带宽，提高了图象编码压缩效率，对部分预测模式的选择，还可以起到简化运算复杂度的效果。
附图说明
图1是本发明所述的帧内预测方法流程图。
图2是选择亮度和色度的帧内预测处理单元的流程图。
图3是选择亮度的帧内预测子块尺寸和预测模式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的原理进行详细说明。
如图1所示，本发明所述的帧内预测的基本步骤：(1)根据图象编(解)码帧尺寸，选择亮度的帧内预测处理单元尺寸；(2)分别选择亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式；(3)按照选定的亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式进行帧内预测，得到帧内预测子块的帧内预测采样值及残差；(4)将帧内预测子块的编码模式、亮度和色度帧内预测模式及残差分别编码，送入码流中。
如图2所示，上述步骤(1)中选择亮度和色度的帧内预测处理单元的方法是：当图象编码帧尺寸小于或等于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以8×8为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在8×4和4×8中选择；当图象编码帧尺寸大于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以16×16为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在16×8和8×16中选择；色度帧内预测处理单元和帧内预测子块均为8×8。
如图3所示，上述步骤(2)中选择亮度的帧内预测子块尺寸和预测模式的方法是：(21)按照从上到下，或从左到右的顺序，将亮度帧内预测处理单元平均划分为尺寸为4×8、8×4、8×16或16×8的第一子块和第二子块，所述第一子块位于亮度帧内预测处理单元的上边或左边，所述第二子块位于亮度帧内预测处理单元的下边或右边；(22)使用第一子块的参考象素值，以多种预测模式执行帧内预测，并计算每一种的绝对误差和SAE；综合比较获取的所有SAE，选择最小SAE对应的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的帧内预测子块尺寸和第一子块的帧内预测模式；(23)对第一子块按照选定的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式执行帧内预测，得到第一子块的帧内预测采样值及残差；(24)将第一子块的残差与帧内预测采样值相加形成第二子块的参考象素值，对第二子块以多种预测模式执行帧内预测并计算每一种的SAE；选择最小SAE对应的帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的第二子块的帧内预测模式；(25)对第二子块按照选定的预测模式执行帧内预测，并记录帧内预测采样值及残差。
上述亮度帧内预测子块和色度帧内预测子块的预测模式可以为垂直模式、水平模式、有源直流模式、左双对角线模式或右双对角线模式中的一种。假定选定的当前子块的上一行象素为U[x，-1]，左一列象素为L[-1，y]。当U[x，-1]或L[-1，y]的其中一个样点不存在时，将相应不存在的位置用相邻样点值代替；当U[x，-1]全不存在或L[-1，y]全不存在时，将相应不存在的位置用0代替；当U[x，-1]全不存在且L[-1，y]全不存在时，将相应不存在的位置用128代替，且选择预测模式为有源直流模式：
(1)垂直模式和(2)水平模式：与H.264标准或AVS标准中的垂直模式和水平模式计算方法相同，在此不再详述。
(3)有源直流模式：
对子块尺寸为4×8的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑L[-1，y]+2×U[x-1，-1]+4×U[x，-1]+2×U[x+1，-1]+8)＞＞4；
对子块尺寸为8×16的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑L[-1，y]+4×U[x-1，-1]+8×U[x，-1]+4×U[x+1，-1]+16)＞＞5；
对子块尺寸为8×4的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑U[-1，y]+2×L[x-1，-1]+4×L[x，-1]+2×L[x+1，-1]+8)＞＞4；
对子块尺寸为16×8的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑U[-1，y]+4×L[x-1，-1]+8×L[x，-1]+4×L[x+1，-1]+16)＞＞5；
(4)左双对角线模式：
对子块尺寸为4×8、8×4、16×8、8×16的左双对角线预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(U[x+y-1，-1]+2×U[x+y，-1]+U[x+y+1，-1]+L[x+y-1，-1]+2×L[x+y，-1]+L[x+y+1，-1]+4)＞＞3；
(5)右双对角线模式：
对子块尺寸为4×8、8×4、16×8、8×16的右双对角线预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(U[|x-y|-1，-1]+2×U[|x-y|，-1]+U[|x-y|+1，-1]+L[|x-y|-1，-1]+2×L[|x-y|，-1]+L[|x-y|+1，-1]+4)＞＞3。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种帧内预测方法，其特征在于，包括步骤：
(1)根据图象编码帧尺寸，选择亮度的帧内预测处理单元尺寸；
(2)分别选择亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式；
(3)按照选定的亮度和色度的帧内预测子块尺寸和预测模式进行帧内预测，得到帧内预测子块的帧内预测采样值及残差；
(4)将帧内预测子块的编码模式、亮度和色度帧内预测模式及残差分别编码，送入码流中。
2.根据权利要求1所述的一种帧内预测方法，其特征在于，选择亮度和色度的帧内预测处理单元的具体方法是：
当图象编码帧尺寸小于或等于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以8×8为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在8×4和4×8中选择；
当图象编码帧尺寸大于1620个宏块时，亮度帧内预测处理单元以16×16为单位，亮度帧内预测子块编码尺寸在16×8和8×16中选择；
色度帧内预测处理单元和帧内预测子块均为8×8。
3.根据权利要求2所述的一种帧内预测方法，其特征在于，亮度帧内预测子块尺寸和预测模式的选择步骤是：
(21)按照从上到下，或从左到右的顺序，将亮度帧内预测处理单元平均划分为尺寸为4×8、8×4、8×16或16×8的第一子块和第二子块，所述第一子块位于亮度帧内预测处理单元的上边或左边，所述第二子块位于亮度帧内预测处理单元的下边或右边；
(22)使用第一子块的参考象素值，对第一子块以多种预测模式执行帧内预测，并计算每一种的绝对误差和SAE；综合比较获取的所有SAE，选择最小SAE对应的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的帧内预测子块尺寸和第一子块的帧内预测模式；
(23)对第一子块按照选定的帧内预测子块尺寸和帧内预测模式执行帧内预测，得到第一子块的帧内预测采样值及残差；
(24)将第一子块的残差与帧内预测采样值相加形成第二子块的参考象素值，对第二子块以多种预测模式执行帧内预测并计算每一种的SAE；选择最小SAE对应的帧内预测模式作为其对应的帧内预测处理单元的第二子块的帧内预测模式；
(25)对第二子块按照选定的预测模式执行帧内预测，并记录帧内预测采样值及残差。
4.根据权利要求3所述的一种帧内预测方法，其特征在于，所述亮度帧内预测子块和色度帧内预测子块的预测模式为垂直模式、水平模式、有源直流模式、左双对角线模式或右双对角线模式中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种帧内预测方法，其特征在于，对子块尺寸为4×8的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑L[-1，y]+2×U[x-1，-1]+4×U[x，-1]+2×U[x+1，-1]+8)＞＞4；
对子块尺寸为8×16的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑L[-1，y]+4×U[x-1，-1]+8×U[x，-1]+4×U[x+1，-1]+16)＞＞5；
对子块尺寸为8×4的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑U[-1，y]+2×L[x-1，-1]+4×L[x，-1]+2×L[x+1，-1]+8)＞＞4；
对子块尺寸为16×8的有源直流预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(∑U[-1，y]+4×L[x-1，-1]+8×L[x，-1]+4×L[x+1，-1]+16)＞＞5。
6.根据权利要求4所述的一种帧内预测方法，其特征在于，对子块尺寸为4×8、8×4、16×8、8×16的左双对角线预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(U[x+y-1，-1]+2×U[x+y，-1]+U[x+y+1，-1]+L[x+y-1，-1]+2×L[x+y，-1]+L[x+y+1，-1]+4)＞＞3。
7.根据权利要求4所述的一种帧内预测方法，其特征在于，对子块尺寸为4×8、8×4、16×8、8×16的右双对角线预测模式，样点预测值为：pred[x，y]＝(U[|x-y|-1，-1]+2×U[|x-y |，-1]+U[|x-y|+1，-1]+L[|x-y|-1，-1]+2×L[|x-y|，-1]+L[|x-y|+1，-1]+4)＞＞3。
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