CN105791865B - 帧内预测及去块滤波方法 - Google Patents

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本发明公开了一种帧内预测及去块滤波方法，在编码端，在变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测。采用本发明，能够提高视频编码中帧内预测的准确性，从而进一步提高编码压缩率。

Description

帧内预测及去块滤波方法
技术领域
本发明属于视频编解码领域，具体而言，涉及一种帧内预测及去块滤波方法。
背景技术
H.264标准引入帧内预测和去块滤波两个功能，帧内预测是利用临近块的像素来预测当前块，以更好的消除单帧图像内的空间冗余，这样只需要对预测块和当前块的残差进行编码。当一个宏块采用帧内预测模式编码时，利用先前已经编码并重构、但未进行去块滤波的块构造一个预测块P。对于亮度分量，可以为每个4*4、8*8块或者16*16宏块创建预测块P。在H.264标准中，如图1所示，利用相邻块中已经解码的13个样本点(A～L和Q)中的几个或者所有的点，来预测当前4×4亮度块中的样本点(a～p)。选择9种预测模式中效果最好的一种，作为该块的最佳预测模式，其中这9种预测模式包括：模式2的DC预测(均值预测)和8种方向预测，如图2所示。这些方向预测模式对有方向的纹理结构能够很好的进行预测，比如不同角度的物体边缘。
去块滤波是用于消除编解码器反量化后图像出现的方块效应。其产生方块效应的原因有两个，其中最重要的一个原因在于：基于块的帧内和帧间预测残差的DCT变换(Discrete Cosine Transform，离散余弦变换)量化，造成反量化恢复系数带有误差；第二个原因来自于基于块的运动补偿预测，运动补偿块的匹配不可能是绝对准确的，会在补偿块边界上产生不连续。对每个编码图像的滤波运算必须按规定顺序进行。如图3所示，H.264的滤波是基于宏块基础上的，先对垂直边界进行水平滤波，再对水平边界进行垂直滤波，对宏块的两个方向的滤波都完成后，才能进行后面宏块的滤波。其中，对图像中宏块的滤波按光栅扫描方式进行。如果宏块边界同时也是图像边界的话，此边界不需要进行滤波。
在滤波方块效应时，应该先判断该边界是图像真实边界还是方块效应所形成的边界(假边界)。具体处理时，对真实边界不进行滤波处理，而对假边界则要根据周围图像块的性质和编码方法采用不同强度的滤波。为了保持图像的逼真度，要区分图像真实边界和虚假边界，滤除假边界以不致被看出的同时保持图像真实边界不被滤波。为了区分这两种情况，如图4和图5所示，H.264定义两个相邻4×4块边界两边的样点值p3、p2、p1、p0、q0、q1、q2、q3，两块的真实边界在p0和q0之间。
在新一代视频编码国际标准H.265中，其继续使用了帧内预测和去块滤波两个编码工具。其中帧内预测依然是利用临近块的像素来预测当前预测单元，当一个预测单元PU(Prediction Unit)是采用帧内模式编码时，利用先前已经编码并重构、但未进行去块滤波的单元构造一个预测单元P。对于亮度分量，可以为每个4*4、8*8、16*16、32*32或者64*64的预测单元创建预测单元P。在H.265标准中，利用相邻块中已经解码的样本点的几个或者所有的点，来预测当前的亮度样本点，如图6所示。选择预测模式中效果最好的一种，作为该块的最佳预测模式，预测模式包括：模式0的Planar预测、模式1的DC预测和31种方向预测，如图7所示。
请参考图8和图9所示，H.265的去块滤波以编码单元CU(Coding Unit)为基本单位进行滤波，整幅图像先进行垂直边缘滤波(水平滤波)，再进行水平边缘滤波(垂直滤波)，滤波边界类型分别为CU边界、PU边界和变换单元TU(Transform Unit)边界。与H.264标准不同的是，每个垂直边界的滤波不需要再等待上一个块的水平边界滤波，所以H.265的每个垂直边界的水平滤波是可以并行的，同样每个水平边界的垂直滤波也是可以并行的，如图10所示。不过在H.265中，帧内预测依然是使用已经编码并重构、但未进行去块滤波的点，这样跟H.264一样会加大预测误差，导致残差加大，降低压缩效率。
发明内容
为了提高视频编码中帧内预测的准确性，并提高编码压缩率，本发明提供了一种帧内预测及去块滤波方法。
本发明采用以下技术方案实现：
根据本发明的一方面，其提供的一种帧内预测及去块滤波方法，在编码端，包括：
在变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；
对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测。
具体地，所述帧内预测及去块滤波方法包括如下步骤：
将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，其中每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测；
依据帧内预测模式或帧间预测模式对当前编码单元CU中的每个预测单元PU进行预测，并依据所述预测结果为每个预测单元PU确定一预测效果最佳的预测模式；
在当前编码单元CU中的所有预测单元PU完成预测模式选择后，将当前编码单元CU划分为若干个变换单元TU，进行变换量化和反变换反量化，并依据所述变换量化和反变换反量化结果确定出一种变换量化效果最佳的一种变换单元划分模式；
如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；或，计算得到当前编码单元CU的重建图像，对该当前编码单元CU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前编码单元CU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
对编码顺序位于该当前变换单元TU或当前编码单元CU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，依据所述对纵向边界进行水平去块滤波过的重建图像进行预测。
其中，所述纵向边界是当前编码单元CU的纵向边界，或当前变换单元TU的纵向边界，或当前变换单元TU中包含的预测单元PU的纵向边界，且这些纵向边界左右两侧的像素都已经重建。
优选地，所述帧内预测及去块滤波方法还包括：
在当前编码单元CU完成重建后，对当前编码单元的水平边界进行垂直滤波。
优选地，所述帧内预测及去块滤波方法还包括：
在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
根据本发明的另一方面，其提供的一种帧内预测及去块滤波方法，在解码端，包括：
在变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；
对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测。
具体地，所述帧内预测及去块滤波方法包括步骤：
将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，其中每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测；
按顺序从码流中译码得到当前编码单元CU中每个预测单元PU的预测模式和变换单元TU的大小；
如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；或，计算得到当前编码单元CU的重建图像，对该当前编码单元CU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前编码单元CU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
对解码顺序位于该当前变换单元TU或当前编码单元CU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，依据所述对纵向边界进行水平去块滤波过的重建图像进行预测。
其中，所述纵向边界是当前编码单元CU的纵向边界，或当前变换单元TU的纵向边界，或当前变换单元TU中包含的预测单元PU的纵向边界，且这些纵向边界左右两侧的像素都已经重建。
优选地，所述帧内预测及去块滤波方法还包括：
在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
优选地，所述帧内预测及去块滤波方法还包括：
在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
本发明提出的一种帧内预测和去块滤波方法，能够提高视频编码中帧内预测的准确性，从而进一步提高编码压缩率。
附图说明
图1为H.264标准中4×4块预测样本点示意图；
图2为H.264标准中4×4块预测的8种预测方向示意图；
图3为H.264标准中宏块边界去块滤波顺序示意图；
图4为H.264标准中边界去块滤波示意图；
图5为H.264标准中去块滤波样本点示意图；
图6为H.265标准中帧内预测参考样本点示意图；
图7为H.265标准中帧内预测模式示意图；
图8为HEVC标准中去块滤波在编码中的位置示意图；
图9为HEVC标准中去块滤波在解码中的位置示意图；
图10为H.265标准中去块滤波的水平滤波和垂直滤波示意图；
图11为本实施例中在编码端的帧内预测及去块滤波方法流程示意图；
图12为本实施例提供的帧内预测及去块滤波在编码中的位置示意图；
图13为本实施例中在解码端的帧内预测及去块滤波方法流程示意图；
图14为本实施例提供的帧内预测及去块滤波在解码中的位置示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参考图11以及12所示，本实施例提供的一种帧内预测及去块滤波方法，在编码端，包括：在变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；以及，对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测。
具体地，请继续参考图11以及图12所示，编码端的具体处理过程如下：
第一步：将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，后续可以按顺序对当前编码图像中的每个编码单元CU进行编码，其中，每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测。
第二步：每个预测单元PU的预测可以分为帧内预测和帧间预测，首先按顺序对当前编码单元CU中的每个预测单元PU进行预测并进行预测模式选择，其中，所述预测模式选择为：在帧内预测和帧间预测的各种预测模式中选取预测效果最佳的一种预测模式。
第三步：当前编码单元CU中的所有预测单元PU完成预测模式选择后，当前编码单元CU可以再划分为若干个变换单元TU进行变换量化和反变换反量化，同时，选择变换量化效果最佳的一种变换单元TU划分模式。
第四步：如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，则在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，然后对该变换单元TU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该变换单元TU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。本实施例中，所述纵向边界可以是当前编码单元CU的纵向边界，也可以当前是变换单元TU的边界，也可以变换单元TU中包含的预测单元PU边界，并且该纵向边界左右两侧像素必须都已经重建。
第五步：如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，可以在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，然后对该变换单元TU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该变换单元TU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。或者，在其他实施例中，也可以在当前所有变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前编码单元CU的重建图像，然后对该编码单元CU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该编码单元CU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。
其中，所述的纵向边界可以是当前编码单元CU的纵向边界，也可以当前是变换单元TU的边界，也可以变换单元TU中包含的预测单元PU边界，并且该纵向边界左右两侧像素必须都已经重建。
第六步：当编码顺序在该变换单元TU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，使用上述做过水平去块滤波处理的重建像素做参考。
第七步：如果是采用整帧纵向边界的水平去块滤波后，再进行整帧水平边界的垂直滤波，则在当前编码图像完成重建后，进行整帧水平边界的垂直滤波。或者在其他实施例中，也可以在不影响后续编码单元CU水平去块滤波计算的情况下，进行当前编码单元CU的垂直滤波，
否则，如果是采用编码单元CU纵向边界的水平去块滤波后，则立刻进行当前编码单元CU水平边界的垂直滤波。
参考图13以及图14，本实施例提供的一种帧内预测及去块滤波方法，在解码端，包括：在变换单元TUTU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TUTU或当前编码单元CUCU的重建图像；对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测。
具体地，请继续参考图12以及图14所示，解码端的具体处理过程如下：
第一步：将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，按顺序对当前编码图像中的每个编码单元CU进行解码，其中，每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测。
第二步：每个预测单元PU的预测可以分为帧内预测和帧间预测，按顺序从码流中译码得到当前编码单元CU中每个预测单元PU的预测模式和变换单元TU的大小。
第三步：如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，则在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，然后对该变换单元TU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该变换单元TU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。本实施例中，所述纵向边界可以是当前编码单元CU的纵向边界，也可以当前是变换单元TU的边界，也可以变换单元TU中包含的预测单元PU边界，并且该纵向边界左右两侧像素必须都已经重建。
第四步：如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，可以在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，然后对该变换单元TU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该变换单元TU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。或者在其他实施例中，在当前所有变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前编码单元CU的重建图像，然后对该编码单元CU中包含的纵向边界进行水平去块滤波。将该编码单元CU经过水平去块滤波后结果存入当前编码单元CU的重建图像中。
其中，所述纵向边界可以是当前编码单元CU的纵向边界，也可以当前是变换单元TU的边界，也可以变换单元TU中包含的预测单元PU边界，并且该纵向边界左右两侧像素必须都已经重建。
第五步：当解码顺序在该变换单元TU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，使用上述做过水平去块滤波处理的重建像素做参考。
第六步：如果是采用整帧纵向边界的水平去块滤波后，再进行整帧水平边界的垂直滤波，则在当前编码图像完成重建后，进行整帧水平边界的垂直滤波，或者在其他实施例中，在不影响后续编码单元CU水平去块滤波计算的情况下，进行当前编码单元CU的垂直滤波。
否则，如果是采用编码单元CU纵向边界的水平去块滤波后，立刻进行当前编码单元CU水平边界的垂直滤波。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种帧内预测及去块滤波方法，其特征在于：在编码端，包括：
在变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；
对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测；
所述纵向边界是当前编码单元CU的纵向边界，或当前变换单元TU的纵向边界，或当前变换单元TU中包含的预测单元PU的纵向边界，且这些纵向边界左右两侧的像素都已经重建。
2.如权利要求1所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：
将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，其中每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测；
依据帧内预测模式或帧间预测模式对当前编码单元CU中的每个预测单元PU进行预测，并依据所述预测结果为每个预测单元PU确定一预测效果最佳的预测模式；
在当前编码单元CU中的所有预测单元PU完成预测模式选择后，将当前编码单元CU划分为若干个变换单元TU，进行变换量化和反变换反量化，并依据所述变换量化和反变换反量化结果确定出一种变换量化效果最佳的一种变换单元划分模式；
如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
如果当前最佳变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，在每个变换单元TU完成变换量化和反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；或，计算得到当前编码单元CU的重建图像，对该当前编码单元CU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前编码单元CU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
对编码顺序位于该当前变换单元TU或当前编码单元CU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，依据所述对纵向边界进行水平去块滤波过的重建图像进行预测。
3.如权利要求2所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，还包括：
在当前编码单元CU完成重建后，对当前编码单元的水平边界进行垂直滤波。
4.如权利要求2所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，还包括：
在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
5.一种帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，在解码端，包括：
在变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU或当前编码单元CU的重建图像；
对所述重建图像包含的纵向边界进行水平去块滤波处理，之后依据所述对纵向边界进行水平去块滤波处理过的重建图像进行帧内预测；
所述纵向边界是当前编码单元CU的纵向边界，或当前变换单元TU的纵向边界，或当前变换单元TU中包含的预测单元PU的纵向边界，且这些纵向边界左右两侧的像素都已经重建。
6.如权利要求5所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，包括步骤：
将当前编码图像划分为若干个编码单元CU，其中每个编码单元CU可以划分为若干个预测单元PU进行预测；
按顺序从码流中译码得到当前编码单元CU中每个预测单元PU的预测模式和变换单元TU的大小；
如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧内预测模式，在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
如果当前变换单元TU对应的预测单元PU是使用帧间预测模式，在每个变换单元TU完成反量化反变换后，计算得到当前变换单元TU的重建图像，对该当前变换单元TU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前变换单元TU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；或，计算得到当前编码单元CU的重建图像，对该当前编码单元CU包含的纵向边界进行水平去块滤波，并将该当前编码单元CU经过水平去块滤波后的滤波处理结果存入当前编码单元CU的重建图像中；
对解码顺序位于该当前变换单元TU或当前编码单元CU之后的预测单元PU或编码单元CU进行帧内预测时，依据所述对纵向边界进行水平去块滤波过的重建图像进行预测。
7.如权利要求6所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，还包括：
在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
8.如权利要求6所述的帧内预测及去块滤波方法，其特征在于，还包括：在当前编码图像完成重建后，对当前编码图像进行整帧水平边界的垂直滤波。
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