CN107211121A - 色度分量的视频编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种色度帧内预测的方法，允许编码单元中的不同色度块使用分离的色度帧内预测模式。该方法为当前色彩块中的第一色度块与一个或多个非第一色度块选择多个色度帧内预测模式。该方法可以包括：为第一色度块与非第一色度块确定多个候选模式集合。该方法也可以包括：发信告知为第一色度块与所述一个或读个非第一色度块所选择的多个色度帧内预测模式的信息。此外，本发明提供一种色度帧内预测的方法，使用一个或多个交叉色度线性模型帧内预测模式，以改善色度帧内预测的编码效率。

Description

色度分量的视频编码方法
相关申请的交叉引用
本申请要求主张于2015年1月22日提出的编号为PCT/CN2015/071341的PCT专利申请、以及于2015年1月23日提出的编号为PCT/CN2015/071460的PCT专利申请的优先权。这些PCT专利申请的全部在此加以引用。
技术领域
本发明是有关于视频编码(video coding)，特别地，本发明是有关于与色度分量(chroma components)的预测有关的编码技术，以探索(explore)色度分量之间的关联(correlation)。
背景技术
运动补偿(motion compensated)的帧间编码(inter-frame coding)已被多种编码标准所广泛采用，如MPEG-1/2/4及H.261/H.263/H.264/AVC。在运动补偿的帧间编码可以有效降低压缩视频的比特率(bitrate)的同时，需要帧内编码(intra coding)来压缩具有高速运动或场景改变的区域。此外，帧内编码也可用于对初始图片(initial picture)进行处理，或者周期性插入I-图片或I-块以用于随机存取或缓和出错传播(errorpropagation)。帧内预测(Intra prediction)利用了图片内或者图片区域内的空间相关(spatial correlation)。实际上，图片或者图片区域被划分为多个块，且在块的基础上执行帧内预测。当前块的帧内预测可以依靠已经被处理过的相邻块中的像素来执行。举例而言，若图片或图片区域内的多个块逐行进行处理。首先从左到右，然后从上到下，则当前块的顶部的相邻块和当前块的左侧的相邻块可以用于形成当前块中多个像素的帧内预测。在已处理的相邻块中的任意像素可以用于当前块中多个像素的帧内预测，非常经常只有与当前块在顶部和左侧边界交接的相邻块的多个像素被使用。
通常，帧内预测被设计为利用图片中的空间相关与空间特征，如高效视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)标准中所公开的平滑区域(smooth area)(直流(Direct Current,DC)模式)、垂直线(line)或边(edge)、水平线或边、及对角(diagonal)线或边。对于帧内预测，从与当前块的边界交接的相邻块得来的重建样本(reconstructedsamples)用作当前块的样本的预测子(predictors)。举例而言，HEVC已定义了多个预测方向，且图1为所有预测方向的示意图。变量intraPredAngle与方向索引(directionindices)之间的关系如表1所示。当所述方向相对垂直(即，intraPredAngle对应方向索引大于或等于18)时，根据((32-iFact)×ref[x+iIdx+1]+iFact×ref[x+iIdx+2]+16)>>5，每个帧内方向预测在一个预测单元(Prediction Unit,PU)的位置(x,y)上的样本。在该表达式中，阵列(array)ref为当前PU上方的解码线缓冲器(decoded line buffer)，iIdx为ref中的像素的下取整位置(floor position)，其中ref中位置(x,y)指向沿帧内的方向(即，iIdx＝((y+1)×intraPredAngle)>>5)，以及iFact为下取整位置与被指向位置之间的距离(即，iFact＝((y+1)×intraPredAngle)&31)。
表1
在现有的HEVC设计中，多个色度分量共享同一色度模式，该色度模式选择自直接模式(Direct Mode,DM)、DC、平面(Plannar)、垂直(Vertical,VER)、水平(Horizontal,HOR)及VER+8。DM模式具有最高优先级与最短二值化(binarization)长度1，以及另外四种模式具有相等的优先级，且二值化长度等于3。
在HEVC之后另外公开了其他帧内预测方法，包括用于色度帧内预测的线性模型(Linear-Model,LM)及单一深度帧内模式(Single Depth Intra Mode)。在JCT3V-H0087中公开了单一深度帧内模式(Chen等，用于3D-HEVC的单一深度帧内模式，ITU-T SG 16 WP 3及ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11的3D视频编码扩展联合合作组第8次会议：巴伦西亚，西班牙，2014年3月29日至4月4日，文档编号：JCT3V-H0087)。根据JCT3V-H0087，单一深度帧内模式使用来自相邻重建样本的一个预测值作为所有内部样本的预测值，不发送预测残差(residuals)。在JCTVC-L0240(Kim等，AHG7:用于非4:2:0格式的扩展帧内色度预测的性能，ITU-T SG 16 WP 3及ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11的视频编码扩展联合合作组(JointCollaborative Team on Video Coding,JCT-VC)第12次会议:日内瓦，瑞士，2013年1月14日至1月23日，文档编号：JCTVC-L0240)与JCTVC-M0116(JCTVC-M0116:Chet等，Non-RCE1:多种线性模型色度模式，ITU-T SG 16 WP 3及ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11的JCT-VC，第13次会议：仁川，韩国，2013年4月18日至4月26日，文档编号：JCTVC-M0116)中公开了LM色度帧内预测。LM色度帧内预测使用线性模型从亮度(luma)数据中预测色度数据。LM色度模式使用线性模型以重建的亮度样本来预测色度样本，以改善HEVC的编码效率。在LM色度帧内预测模式中，当前色度块中的色度样本V是根据线性模型使用对应的重建单元的重建亮度样本Vcol来预测的。V的预测子P可以表示为
P＝a·Vcol+b, (1)
其中，a和b为LM参数。
这些LM参数是从当前块附近的重建的亮度和色度样本来产生的。通常，线性最小平方操作用于产生LM参数。当产生这些LM参数之后，色度预测子可以根据该线性模型与当前编码单元的重建的亮度样本来产生。举例而言，如图2所示，若视频格式为YUV420(也称为YCrCb420)，则对于每个8×8编码单元而言，都有一个8×8的亮度块和两个4×4的色度块，其中每个方块对应于一个样本。重建的相邻亮度(即，Y)样本和重建的相邻色度(即，Cr或Cb)样本显示为圆圈，以用于产生各个LM参数(210,220)。对于YCrCb 420，色度位置位于两个垂直的亮度样本之间。因此，使用在左侧块边界上的每两个垂直的亮度样本之间的平均值来产生LM参数。在顶部块边界上，为了降低对线缓冲器的需求，使用紧邻块边界的上方的每两个样本中的一个来产生LM参数。当产生LM参数后，基于当前编码单元中的重建的亮度样本，所产生的LM参数用于形成各个预测子(即，Cr或Cb预测子)。用于预测当前编码单元的4×4色度样本的当前编码单元的4×4亮度样本的位置如图2所示，其中，每个位置上的样本对应于在垂直方向上两个连续亮度样本的平均值。
如图2所示，用于产生LM模型的相邻样本是来自顶部边界和左侧边界，用于产生LM模型的相邻样本也可以只从顶部选择或者只从左侧选择。图3A-图3C为三种LM色度预测模型的示意图，表示为顶部+左侧(Top+Left)LM模型、只有左侧(Left-Only)LM模型及只有顶部(Top-Only)LM模型。这里的这些模式联合被称为多LM(Multi-LM)色度模式，或简称为LM多模式(LM modes)。
在上述的帧内预测方法中，通过使用为亮度和色度编码块使用不同的语法元素在比特流中进行发送，亮度和色度分量可以具有不同的帧内预测模式。然而，与一个编码单元有关的不同的色度分量必须使用相同的预测模式。表2位用于HEVC帧内预测模式的有关的语法表，其中，如备注(2-1)所指示，Cb和Cr色度分量只使用了一个用于指示色度帧内预测模式的标志(flag)，即intra_chroma_pred_mode[x0][y0]。
表2
因此，根据现有的实践，与同一编码单元有关的不同的色度块需要使用相同的色度帧内预测模式。然而，不同的色度块有可能具有不同的特性。强制与编码单元有关的不同色度块使用相同的色度帧内预测模式，有可能会降低潜在的编码性能。因此，需要开发新的色度帧内预测技术，以改善性能。
发明内容
本发明提供一种色度帧内预测的方法，允许编码单元中的不同色度块使用分离的(separate)色度帧内预测模式。该方法为当前色彩块中的第一色度块与一个或多个非第一色度块选择多个色度帧内预测模式，其中，该第一色度块与至少一非第一色度块使用分离的色度帧内预测模式。该方法可以包含：为第一色度块与非第一色度块确定候选模式集合(candidate mode sets)，其中，从候选模式集合中选择色度帧内预测模式。此外，该方法可以包括：发送为该第一色度块与该一个或多个非第一色度块所选择的多个色度帧内预测模式的信息。
在一实施例中，每个色度模式候选集合可以包括一个或多个色度帧内预测模式，该一个或多个色度帧内预测模式选择自平面(Planar)、直流(DC)、水平(HOR)、垂直(VER)、顶部+左侧(Top+Left)LM、只有顶部(Top-Only)LM、只有左侧(Left-Only)LM、直接模式(DM)、Cb分量直接模式(CB_DM)及之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式。若为非第一色度块选择CB_DM色度帧内预测模式，则该非第一色度块继承(inherit)为当前色彩块中的第一色度块选择所选择的色度帧内预测模式。若为非第一色度块选择PRE_DM色度帧内预测模式，则该非第一色度块继承为当前色彩块中的该非第一色度块的之前分量非第一色度块所选择的色度帧内预测模式。
在另一实施例中，发送一个或多个语法元素，以指示为当前色彩块中的多个色度块所选择的色度帧内预测模式，以及这些色度帧内预测模式包括两个不同的色度帧内预测模式，以用于第一色度块与至少一非第一色度块。举例而言，当前色彩块中的第一色度块使用HOR色度帧内预测模式，以及单钱色彩块中的第二色度块使用VER色度帧内预测模式。在另一实施例中，当该多个色度块对应于一CR色度块与一CB色度块，且发送一个语法元素以指示为当前色彩块所选择的色度帧内预测模式时，该语法元素为0指示CR色度块与CB色度块均选择DM色度帧内预测模式。在又一实施例中，当该多个色度块对应于一个第一色度块与一个第二色度块时，当且仅当为该第一色度块所选择的第一色度帧内预测模式属于已选择的色度帧内预测模式集合时，发送与为第二色度块所选择的第二色度帧内预测模式有关的信息。本发明公开了用于第一色度块与非第一色度块的多种色度帧内预测模式的组合。
本发明另提供一种视频编码方法，使用帧内预测对色度分量进行解码，该帧内预测使用了交叉色度线性模型(cross-chroma Linear Model,LM_P)模式。该方法为多个色度块确定色度帧内预测模式，其中，该色度帧内预测模式包括一个或多个LM_P模式。当为当前非第一色度块选择一个LM_P模式时，该方法根据线性模型基于当前色彩块中的另一色度块为当前非第一色度块产生色度帧内预测数据。使用该色度帧内预测数据，可以对当前非第一色度块应用色度帧内预测编码。该多个LM_P模式由顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式、只有顶部(Top-Only)LM_P模式及只有左侧(Left-Only)LM_P组成。
在一实施例中，发送一个或多个语法元素以指示为当前色彩块中的多个色度块从色度模式候选列表中所选择的多个色度帧内预测模式，以及其中，至少一色度模式候选列表包括这些LM_P模式。LM_P模式可以以与LM模式相同的方式使用等长的码字(codeword)进行二值化。当该多个色度块中的全部共享同一色度帧内预测模式，且为该多个色度块选择LM_P模式时，根据非LM_P模式为该第一色度块产生色度帧内预测数据。在此情形下，非LM_P模式可以对应于顶部+左侧(Top+Left)LM模式、直接模式(DM)或线性模型(LM)模式。可以使用一个或多个语法元素来发送所选择的非LM_P模式。
当不同的色度块共享同一色度帧内预测模式时，可以将LM_P模式加入用于当前色彩块中的多个色度块的色度模式候选列表，以作为额外的色度帧内预测模式。LM_P模式可以使用比LM模式更长的码字进行二值化。当允许不同色度分量块使用不同的色度帧内预测模式时，可以将LM_P模式加入色度模式候选列表，以作为仅用于非第一色度块的额外的色度帧内预测模式。在此情形下，顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式可以比顶部+左侧(Top+Left)LM模式更长，但比LM模式更短。
当为当前非第一色度块选择LM_P模式时，可以基于重建的色度样本来产生线性模型的线性模型参数。举例而言，若LM_P模式对应于顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式，则使用另一色度块的上方行和左侧列的重建样本及当前非第一色度块的上方行和左侧列的重建样本来产生线性模型参数。线性模型参数的类似的产生操作可以应用于只有顶部(Top-Only)LM_P模式与只有左侧(Left-Only)LM_P模式。在另一实施例中，当为当前非第一色度块选择一个LM_P模式时，线性模型的线性模型参数的一部分可以基于重建的色度样本来产生，以及该线性模型的线性模型参数的另一部分可以在视频比特流中发信告知(signaled)。
附图说明
图1为根据当前高效视频编码(HEVC)标准的帧内预测方向与帧内预测模式之间的映射的示意图。
图2为YUV420格式的8×8编码单元的亮度块与两个色度块的实施例的示意图，其中，相邻的重建样本用于产生多个线性模型参数。
图3A-图3C为三种线性模型(LM)色度预测模式的示意图，其中，这三种LM色度预测模式表示为顶部+左侧(Top+Left)LM模式、只有左侧(Left-Only)LM模式和只有顶部(Top-Only)LM模式。
图4为结合本发明一实施例的用于解码系统的对使用帧内预测进行编码的色度数据进行解码的流程图，其中，在本实施例中允许编码单元中两种不同色度块使用不同色度帧内预测模式的。
图5为顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式的实施例的示意图，其中，4×4Cb块在对应的4×4Cr块之前进行重建，且重建的4×4Cb块用作预测4×4Cr块的参考数据。
图6为结合本发明一实施例的用于解码系统以对使用帧内预测进行编码的色度数据进行解码的流程图，其中，在本实施例中允许交叉色度线性模型预测模式(LM_P模式)。
图7为根据本发明一实施例的用于视频编码系统的允许不同的色度分量使用分离的编码模式的流程图。
图8为根据本发明一实施例的用于允许交叉色度线性模型预测模式的视频编码系统的流程图。
具体实施方式
以下记载为执行本发明的较佳模式。该记载仅用于说明本发明的一般精神，不应作为本发明的一种限制。本发明的范围应当根据后附的权利要求来确定。
如前所述，传统的色度帧内预测编码总是强制同一编码单元中的所有色度块共享同一色度帧内预测模式。这种方式有可能不会总是达到最佳性能。相应地，根据本发明的一种方法提供了使能(enabling)与同一编码单元有关的不同色度分量使用分离的帧内预测模式的多种方式。因此，同一编码单元中的不同色度分量可以使用不同的帧内预测模式。使能与同一编码单元有关的不同色度分量使用分离的帧内预测模式的多种方式包括：为与同一编码单元有关的每个色度块选择单独的色度帧内预测模式。利用为与同一编码单元有关的不同色度块选择分离的色度帧内预测模式的能力，本发明为实现改善编码效率提供了机会。
结合本发明一实施例的用于色度帧内预测的程序包括以下步骤。在步骤1中，构建(construct)用于不同色度分量的候选模式集合，包括第一色度分量与一个或多个非第一色度分量。在步骤2中，使用多个标志来选择并识别这些色度分量的最佳预测模式，其中，编码单元中的不同色度块可以使用不同的色度帧内预测模式。举例而言，当前编码单元中的第一色度块使用HOR色度帧内预测模式，以及当前编码块中的第二色度块使用VER色度帧内预测模式。在步骤3中，这些最佳预测模式的二值化结果及这些色度分量的预测残差的信息被编码。在色彩视频包括一个亮度分量和两个色度分量的情形下，测试结果显示结合该实施例的系统可以实现对第二色度分量的比特率有多于1％的节省。对应的解码操作可以通过对编码操作进行反向(reversing)来产生。
图4为结合本发明一实施例的用于解码系统的对使用帧内预测进行编码的色度数据进行解码的流程图，其中，在本实施例中允许编码单元中两种不同色度块使用不同色度帧内预测模式的。在步骤410中，系统对多个符元(symbols)进行解码，该多个符元用于选择和识别不同色度分量的预测模式。在步骤420中，系统检测当前色度块是否为第一色度块。若结果为“是”，则执行步骤430与步骤440。若结果为“否”，则执行步骤450与步骤460。在步骤430中，对第一色度分量的预测模式进行解码，以及在步骤440中，重建第一色度分量的多个样本。在步骤450中，对非第一色度分量的预测模式进行解码，以及在步骤460中，重建非第一色度分量的多个样本。
以上显示了较佳的编码操作，以允许编码单元中的不同色度块使用分离的色度帧内预测模式，本发明并不仅限于不同步骤的特定安排。也可以实施其他编码操作，以允许编码单元中的不同色度块使用分离的色度帧内预测模式。举例而言，若对所有色度分量使用预定义的候选模式集合，则为不同色度分量构建候选模式集合的步骤可以隐含(implicitly)地执行。
有多种方法可以构建不同色度分量的候选模式集合。举例而言，第i个色度分量的候选模式集合包括从一群组(group)中所选择的M(i)数量的模式，该群组包含但不仅限于，平面(Planar)、直流(DC)、水平(HOR)、垂直(VER)、顶部+左侧(Top+Left)LM、只有顶部(Top-Only)LM、只有左侧(Left-Only)LM及直接模式(DM)色度帧内预测模式候选模式，其中，对于任意索引i，M(i)大于0。
在未不同色度分量构建多个候选模式集合的另一实施例中，非第一色度分量预测模式集合可以包括专门设计(special designed)的帧内预测模式(例如，CB_DM模式)，其中，该非第一色度分量(例如，Cr)集成第一分量(例如，Cb)的帧内预测模式。
在为不同色度分量构建候选模式集合的又一实施例中，非第一色度分量预测模式集合可以包括一个专门设计的预测模式(例如，PRE_DM模式)，其中，第k个色度分量集成了第(k-1)个色度分量的帧内预测模式。
使用标志来为这些色度分量选择并识别最佳预测模式的方法有多种。举例而言，可以对分离的标志进行编码以识别不同色度分量的多种预测模式。
在使用标志以选择并识别用于这些色度分量的最佳预测模式的另一实施例中，可以使用多个表示来发送不同色度分量的多种预测模式的组合。举例而言，使用一个等于0的标志来表示用于Cb和Cr分量的预测模式为DM，也称为直接模式。这意味着色度预测模式与亮度预测模式相同，其中DM为产生模式(Derived Mode,DM)。
在使用多个标志以选择和识别用于这些色度分量的又一实施例中，用于第二色度分量预测模式的这些标志仅当第一分量的预测模式属于已选择的预测模式集合时进行发送。
第二色度分量的帧内预测模式可以从第二色度分量的相邻块的帧内预测模式来产生。举例而言，若第二色度分量的相邻块的帧内预测模式为水平(HOR)模式，则用于第二色度分量的帧内预测模式也可以是HOR模式。
若当前色度分量的预测模式为Cb_DM，则当前色度分量将使用第一色度分量的预测模式。若当前色度分量的帧内预测模式为PRE_DM，则在当前色度分量之前的色度分量的预测模式将会被当前色度分量所使用。
对这些最佳预测模式的二值化结果及这些色度分量的预测残差的信息进行编码的方法有多种。举例而言，这些色度分量的残差数据的编码和发送可以在其对应的这些色度分量的帧内预测模式标志的编码和发送之后进行，或者也可以在所有色度块的所有色度帧内预测模式标志被编码及发送后进行。
在对这些最佳预测模式的二值化结果及这些色度分量的预测残差的信息进行编码的另一实施例中，当i不等于j时，在用于发送第i个色度分量的色度帧内预测模式的算术编码上下文与用于发送第j个色度分量的色度帧内预测模式的算术编码上下文之间没有重叠(overlap)。
在对这些最佳预测模式的二值化结果及用于这些色度分量的多个预测残差的信息进行编码的又一实施例中，当i不等于j时，在用于发送用于第i个色度分量的预测残差的多个编码符号的算术编码上下文与用于发送第j个色度分量的预测残差的多个编码符号之间没有重叠。
在对这些最佳预测模式的二值化结果及用于这些色度分量的预测残差的信息进行编码的又一实施例中，在比特流中使用最短的二值化长度(即，最短的码字)发送告知非第一色度分量的Cb_DM模式或PRE_DM模式。
在对这些最佳预测模式的二值化结果及用于这些色度分量的多个预测结果的信息进行编码的又一实施例中，非第一色度分量的DM模式不是使用最短的二值化长度进行二值化。举例而言，使用两个符元来发送告知总共四个候选色度模式(例如，DM、DC、VER和HOR)。在本实施例中，所有的候选色度模式使用固定长度的码字进行二值化，其中，除CB_DM、PRE_DM或任意多LM色度模式之外，这些候选色度模式可以是其他色度帧内预测模式。
在对这些最佳预测模式的二值化结果及用于这些色度组件的预测残差的信息进行编码的又一实施例中，除了用于对候选DM模式、CB_DM模式、PRE_DM模式或任何多LM色度模式进行信号化的上下文之外，没有使用短于1的上下文的算术编码被用于发送其他候选色度模式。举例而言，对于用于第一色度块的色度模式候选集合中的色度帧内预测模式，除DM色度帧内预测模式或任意多LM色度帧内预测模式之外的色度帧内预测模式使用包含至少一上下文的上下文自适应算术编码进行二值化编码。对于用于非第一色度块的色度模式候选集合中的多个色度帧内预测模式，除CB_DM、PRE_DM及任意多LM色度帧内预测模式之外的色度帧内预测模式使用包括至少一上下文的上下文自适应算术编码进行二进制编码。
除了使能与同一编码单元有关的不同色度分量使用单独的帧内预测模式来改善色度帧内预测的编码效率的方法之外，此处提供另一种方法。该方法的运动为同一编码单元的多个色度分量之间的相关可以比同一编码单元中的亮度分量和色度分量之间的相关更加有用。相应地，在本发明另一实施例中，该方法允许交叉色度分量帧内预测，以利用在同一编码单元中的不同色度分量之间的相关。
根据本发明第二实施例，提供多个新的色度帧内预测模式，称为交叉色度分量线性模型预测模式(cross-chroma component liner-model prediction modes)(即多个LM_P模式)，其中，LM_P模式使用非亮度数据作为预测参考，以产生多个LM参数，并产生当前色度块的多个预测子。多个LM_P模式包括顶部+左侧(Top+Left)LM_P、只有左侧(Left-Only)LM_P及只有顶部(Top-Only)LM_P模式。这些新的色度帧内预测模式中的一个或多个可以加入现有的色度帧内预测模式候选中。顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式的一个例子如图5所示，其中，4×4Cb块在对应的4×4Cr块之前被重建。因此，本贩卖你个的一个实施例允许使用重建的Cb块作为参考数据以产生Cr块的预测子。Cb块的相邻的重建的左侧列与顶部行、及Cr块的相邻的重建的左侧列和顶部行用于为交叉色度线性模型预测模式产生LM参数(510)。
此处提供允许多个LM_P模式的方式，如一较佳的色度帧内预测编码操作所示。使用多个LM_P模式的帧内编码单元的多个色度块的编码操作可以划分为以下步骤。在步骤1中，为色度块编码一个或多个标志，以识别包括新的多个LM_P模式的多个色度模式候选列表之中的多个预测模式。在步骤2中，当色度分量共用相同模式时，产生在LM_P模式下的第一色度块的帧内预测数据。在步骤3中，使用其他非亮度数据作为预测参考，产生非第一色度块的LM预测数据，其中该非第一色度块使用LM_P模式进行编码。
图6为结合本发明一实施例的用于解码系统以对使用帧内预测进行编码的色度数据进行解码的流程图，其中，在本实施例中允许交叉色度线性模型预测模式(LM_P模式)。在步骤610中，系统对一个或多个语法元素进行解码以识别帧内预测模式。在步骤620中，系统检测当前帧内预测模式是否为交叉色度线性模型预测模式(LM_P模式)。若结果为“否”，则如步骤630所示，应用基于正常模式的解码。若结果为“是”，则在步骤640中，系统进一步检测是否重建了任何共位色度块(collocated chroma block)。若结果为“否”，则如步骤650所示，使用LM模式对色度块进行解码。若结果为“是”，则执行步骤660和670。在步骤660中，在不使用亮度数据的情况下，产生LM_P参数。在步骤670中，使用非亮度数据作为预测参考，以产生LM_P预测子，并使用LM_P预测子对色度块进行解码。
以上显示了较佳的编码操作，允许多个交叉色度分量线性模型模式，本发明并不仅限于不同步骤的特定安排。也可以实施允许多个交叉色度分量线性模型模式的其他编码操作。举例而言，多个色度块的多个标志用于识别多个色度模式候选列表中的多个预测模式，该多个色度模式候选列表包含新的多个LM_P模式，相对于明确发信告知这些标志，可以通过隐含地来确定这些标志。
关于步骤1，有多种方式对多个色度块的多个标志进行编码，该多个标志用于识别包括新的多个LM_P模式的多个色度模式候选列表中的多个预测模式。举例而言，若不同的色度块共享同一预测模式标志，则将一个或多个LM_P模式加入该色度模式候选列表以作为额外的模式。
在步骤1的第二实施例中，当允许不同色度块使用不同的预测模式时，将一个或多个LM_P模式加入色度模式候选列表作为一个或多个非第一色度块的多个额外模式。
在步骤1的第三实施例中，当所有色度分量共用相同模式时，LM_P模式使用比多个色度模式候选中的LM模式更长的码字进行二值化，其中该多个色度模式候选包括LM_P模式。
在步骤1的第四实施例中，当所有不同色度分量具有不同模式时，顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式使用比顶部+左侧(Top+Left)LM模式更长、但比包括LM_P模式的色度模式候选中的LM模式更短的码字进行二值化。
在步骤1的第五实施例中，LM_P模式可以以与多个色度模式候选中的多个LM模式相同的方式使用等长的码字进行二值化，其中该多个色度模式候选包括多个LM_P模式。
在步骤1的第六实施例中，在包括多个LM_P模式的色度模式候选中，若所有色度分量共用相同模式，则可以选择LM_P模式作为四个色度模式候选(例如，DC、平面、LM及LM_P)中的一个，并使用等长的符元进行二值化。
当多个色度分量共用相同模式时，为在多个LM_P模式下进行编码的第一色度块而在步骤2中产生帧内预测数据的方法也有多种。在此情形下，第一色度块没有可用的色度参考数据。举例而言，当不同的色度分量块共用相同的预测模式标志时，在LM_P模式下，用于第一色度分量块的预测数据的产生与顶部+左侧(Top+Left)LM模式相同，通过使用在LM参数产生期间的相邻的重建亮度数据、并将重建亮度数据用作多个色度分量的预测参考来产生。
在步骤2的第二实施例中，当使用LM_P模式进行编码的不同色度分量块共用相同预测模式标志时，使用传统DM模式产生第一色度分量块的预测数据，其中，该色度预测模式时从亮度预测模式来产生的。
在步骤2的第三实施例中，当使用LM_P模式进行编码的不同色度分量块共用相同的预测模式标志时，使用当前LM_P模式的对应的LM模式来产生第一色度分量块的预测数据。举例而言，当当前的LM_P模式为将多个色度样本用作预测参考的顶部+左侧(Top+Left)LM_P预测模式时，第一色度块应使用将亮度样本用作预测参考的顶部+左侧(Top+Left)LM模式来预测。
在步骤2的第四实施例中，当使用LM_P模式进行编码的不同色度块共用同一预测模式标志时，通过在传统的多个色度模式之中选择帧内预测模式来产生第一色度分量块的预测数据。在此情形下，发送一个或多个额外标志的信号以确定选择了哪个。
关于步骤3，将其他非亮度数据用作预测参考的为使用LM_P模式进行编码的非第一色度块产生LM预测数据的方法有多种。举例而言，当存在当前编码单元的重建的之前的分量色度块(previous-component chroma block)(Vcol)，且之前的分量色度块使用顶部+左侧(Top+Left)LM_P模式进行编码时，当前色度块(C)的重建样本的上方行和左侧列、以及重建的之前的分量色度块(Vcol)可以用于产生多个LM参数(即，表达式(1)中的a和b)。
在步骤3的第二实施例中，将其他非亮度数据用作预测参考的为使用LM_P模式进行编码的非第一色度块产生LM预测数据的方法有多种。举例而言，当存在用于当前编码单元的重建的之前的分量色度块(Vcol)，且之前的分量色度块使用只有顶部(Top-Only)LM_P模式进行编码时，当前色度块C的重建样本的上方行及重建的之前的分量色度块(Vcol)可以用于产生多个LM参数(即，表达式(1)中的a和b)。
在步骤3的第三实施例中，当存在当前编码单元的重建的之前的分量色度块(Vcol)，且之前的分量色度块使用只有左侧(Left-Only)LM_P模式进行编码时，当前色度块C的重建样本的左侧列及重建的之前的分量色度块(Vcol)可以用于产生多个LM参数(即，表达式(1)中的a和b)。
在步骤3的第四实施例中，当存在当前编码单元的重建的之前的分量色度块(Vcol)，且之前的分量色度块使用LM_P模式进行编码时，重建的之前的分量色度块(Vcol)中的多个样本用于根据表达式(1)从所产生的LM参数a和b中产生当前色度块的预测子P。
在步骤3的第四实施例中，当存在当前编码单元的重建的之前的分量色度块，且之前的分量色度块使用LM_P模式进行编码时，线性模型的一部分线性模型参数可以基于重建的色度样本来产生，以及线性模型的另一部分线性模型参数可以在视频比特流中发信告知。举例而言，LM参数a可以基于重建的色度样本来产生，以及LM参数b可以在视频比特流中发信告知。
图7为根据本发明一实施例的用于视频编码系统的允许不同的色度分量使用分离的编码模式的流程图。在步骤710中，接收与多个色度块有关的输入数据，其中该多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，该当前色彩块中的该多个色度块包含第一色度块与一个或多个非第一色度块。在步骤720中，选择用于第一色度块及所述一个或多个非第一色度块的多个色度帧内预测模式，其中，该第一色度块及至少一非色度块使用分离的色度帧内预测模式。在步骤730中，使用所选择的多个色度帧内预测模式，对该第一色度块及所述一个或多个非第一色度块应用帧内预测。
图8为根据本发明一实施例的用于允许交叉色度线性模型预测模式的视频编码系统的流程图。在步骤810中，接收与多个色度块有关的输入数据，其中，该多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，该当前色彩块中的该多个色度块包括第一色度块与一个或多个非第一色度块。在步骤820中，为多个色度块选择多个色度帧内预测模式，其中，这些色度帧内预测模式包括一个或多个交叉色度线性模型模式(LM_P模式)，用以根据线性模型基于当前色彩块中的另一色度块来产生非第一色度块的色度帧内预测数据。在步骤830中，使用所选择的多个色度帧内预测模式，对该多个色度块应用色度帧内预测。
以上所示流程图目的在于说明结合本发明多个实施例的用于视频编码器与解码器的改进的色度帧内预测的多个例子。在不脱离本发明精神的前提下，本领域技术人员可以修改每个步骤、重新安排这些步骤、进行步骤拆分或者组合来实施本发明。
以上说明的记载，使得本领域技术人员能够以文中所提供的具体应用及其需求来实施本发明。上述实施例的多种修改对本领域技术人员而言是清楚的，且此处所定义的一般原则可以应用于其他实施例。因此，本发明并非仅限于此处所述及所显示的特定实施例，但应符合此处所述原则及新的特征的最广范围。在以上详细说明中，显示了多种具体细节，其目的在于提供有关本发明的全面理解。然而，本领域技术人员应当理解，本发明可以实施。
本发明的上述实施例可以实施为多种硬件、软件代码或其组合。举例而言，本发明的一个实施例可以是集成于视频压缩芯片中的电路、或集成于视频压缩软件中的程序代码，用以执行此处所述的操作。本发明的一个实施例也可以是在数字信号处理器(DSP)上运行以执行此处所述操作的程序代码。本发明也可以包括由计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)所执行的多个功能。这些处理器可以配置为通过执行定义了本发明所体现的具体方法的机器可读软件代码或固件代码，来执行根据本发明的特定任务。软件代码或固件代码可以使用不同的编程语言及不同的格式或类型来开发。软件代码也可以为不同的目标平台而编译。然而，软件代码的不同的代码格式、类型及语言，以及配置代码以执行根据本发明的多个任务的其他方式，均不脱离本发明的精神与范围。
在不脱离本发明的精神和范围内，本发明也可以体现为其他具体形式。上述多个实施例的各个方面仅用于说明目的，而非限制目的。因此，本发明的保护范围以后附的权利要求而非以上说明为准。在权利要求的等效含义及范围内的所有改变均包含于其范围内。

Claims (38)

1.一种视频解码方法，使用帧内预测对色度分量进行解码，所述视频解码方法包括：
接收视频比特流以获取已编码的视频数据；
从所述视频比特流中产生与多个色度块有关的残差数据，其中，所述多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，所述当前色彩块中的所述多个色度块包括第一色度块与一个或多个非第一色度块；以及
基于两个分离的色度帧内预测模式，对所述残差数据应用色度帧内预测解码，以重建所述第一色度块与至少一非第一色度块。
2.根据权利要求1所述的视频解码方法，其特征在于，所述两个分离的色度帧内预测模式是从所述视频比特流来确定的，或者隐含确定。
3.根据权利要求1所述的视频解码方法，其特征在于，用于所述当前色度块中的所述多个色度块的一个色度帧内预测模式时从一个色度模式候选集合中选取的，以及其中，每个色度模式候选集合与每个对应的色度分量有关。
4.根据权利要求3所述的视频解码方法，其特征在于，每个色度模式候选集合包括一个或多个色度帧内预测模式，所述一个或多个色度帧内预测模式是选自平面(Planar)色度帧内预测模式、直流(DC)色度帧内预测模式、水平(HOR)色度帧内预测模式、垂直(VER)色度帧内预测、顶部+左侧(Top+Left)线性模型色度帧内预测、只有顶部(Top-Only)线性模型色度帧内预测、只有左侧(Left-Only)线性模型色度帧内预测、直接模式(DM)色度帧内预测、Cb分量直接模式(CB_DM)色度帧内预测及之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式。
5.根据权利要求4所述的视频解码方法，其特征在于，若为一非第一色度块选择Cb分量直接模式(CB_DM)色度帧内预测模式，则所述非第一色度块继承为所述当前色度块中的所述第一色度块所选择的色度帧内预测模式。
6.根据权利要求4所述的视频解码方法，其特征在于，若为非第一色度块选择之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式，则所述非第一色度块继承为所述当前色度块中的所述非第一色度块的前一分量非第一色度块所选择的色度帧内预测模式。
7.根据权利要求1所述的视频解码方法，其特征在于，发送一个或多个语法元素以指示为所述当前色度块中的所述多个色度块所选择的色度帧内预测模式，以及其中，所述色度帧内预测模式包括两个不同的色度帧内预测模式，以分别用于所述第一色度块与所述至少一非第一色度块。
8.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，所述当前色彩块中的所述第一色度块使用水平(HOR)色度帧内预测模式，以及当前色彩块中的第二色彩块使用垂直(VER)色度帧内预测模式。
9.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，所述多个色度块对应于一个第一色度块与一个第二色度块，当且仅当为所述第一色度块所选择的第一色度帧内预测模式属于已选择的色度帧内预测模式集合时，发送与为所述第二色度块所选择的第二色度帧内预测模式有关的信息。
10.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，分离的语法元素用于指示所述当前色彩块中的不同色度块的色度帧内预测模式。
11.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，所述多个色度块对应于一个第一色度块与一个第二色度块，以及若所述第二色度块的色度帧内预测模式对应于Cb分量直接模式(CB_DM)色度帧内预测模式，则所述第一色度块的色度帧内预测模式用于所述第二色度块。
12.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，在发送各个色度块的残差数据之前或之后，单独发送所述多个色度块的所述一个或多个语法元素；或者在发送当前色度块中的任意色度块的残差数据之前，发送所述多个色度块的所述一个或多个语法元素。
13.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，为所述当前色度块中的所述多个色度块所选择的色度帧内预测模式使用上下文自适应算术编码进行编码，以及用于所述上下文自适应算术编码的上下文对于所述当前色度块中的两个不同色度块是不同的。
14.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，若在非第一色度块的色度模式候选集合中包含Cb分量直接模式(CB_DM)或之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式，则Cb分量直接模式(CB_DM)或之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式使用最短码字进行二值化。
15.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，若直接模式色度帧内预测模式与Cb分量直接模式(CB_DM)或之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式一起包含于非第一色度块的色度模式候选集合中，则Cb分量直接模式(CB_DM)或之前分量直接模式(PRE_DM)色度帧内预测模式使用比直接模式色度帧内预测模式所使用的码字更短的码字进行二值化。
16.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，对于非第一色度块的色度模式候选集合中的色度帧内预测模式，除Cb分量直接模式(CB_DM)、之前分量直接模式(PRE_DM)或任意多线性模型色度帧内预测模式之外，所述色度帧内预测模式二值化为固定长度的码字。
17.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，对于所述第一色度块的色度模式候选集合中的色度帧内预测模式，除直接模式(DM)帧内预测模式或任意多线性模型色度帧内预测模式之外，所述色度帧内预测模式使用具有至少一上下文的上下文自适应算术编码进行二值化编码。
18.根据权利要求7所述的视频解码方法，其特征在于，对于非第一色度块的色度模式候选集合中的色度帧内预测模式，除Cb分量直接模式(CB_DM)、之前分量直接模式(PRE_DM)和任意多线性模型色度帧内预测模式之外，所述色度帧内预测模式使用具有至少一上下文的上下文自适应算术编码进行二值化编码。
19.一种视频编码方法，使用帧内预测对色度分量进行编码，所述视频编码方法包括：
接收与多个色度块有关的输入数据，其中所述多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，所述当前色彩块中的所述多个色度块包含第一色度块与一个或多个非第一色度块；
为所述第一色度块及所述一个或多个非第一色度块选择色度帧内预测模式，其中，所述第一色度块与至少一非第一色度块使用分离的色度帧内预测模式；以及
使用所选择的所述色度帧内预测模式，对所述第一色度块与所述一个或多个非第一色度块应用帧内预测。
20.一种视频解码方法，使用帧内预测对色度分量进行解码，所述视频解码方法包括：
接收视频比特流以获取已编码的视频数据；
从所述视频比特流中产生与多个色度块有关的残差数据，其中，所述多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，所述当前色彩块中的所述多个色度块包含第一色度块与一个或多个非第一色度块；
从所述视频比特流中确定用于所述多个色度块的色度帧内预测模式，其中，所述色度帧内预测模式包括一个或多个交叉色度线性模型模式；
当为一当前非第一色度块选择一个交叉色度线性模型模式时，根据线性模型基于当前色彩块中的另一色度块为所述当前非第一色度块产生色度帧内预测数据；以及
使用所述色度帧内预测数据，对与所述当前非第一色度块有关的所述残差数据应用色度帧内预测解码，以重建所述当前非第一色度块。
21.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，所述一个或多个交叉色度线性模型模式包括顶部+左侧(Top+Left)交叉色度线性模型模式、只有顶部(Top-Only)交叉线性模型模式及只有左侧(Left-Only)交叉线性模型模式。
22.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，发送一个或多个语法元素以指示为所述当前色度块中的所述多个色度块从一个或多个色度模式候选列表中所选择的色度帧内预测模式，以及其中，至少一个所述色度模式候选列表包括所述一个或多个交叉线性模型模式。
23.根据权利要求22所述的视频解码方法，其特征在于，所述一个或多个交叉线性模型模式以与线性模型模式相同的方式使用等长的码字进行二值化，其中，所述线性模型模式包含于用于所述当前色彩块中所述多个色度块的一个或多个色度模式候选列表中，所述一个或多个色度模式候选列表包含所述一个或多个交叉线性模型模式。
24.根据权利要求22所述的视频解码方法，其特征在于，当所述多个色度块中的全部共享同一色度帧内预测模式，且为所述多个色度块选择交叉线性模型模式时，根据非交叉线性模型模式为所述第一色度块产生所述色度帧内预测数据。
25.根据权利要求24所述的视频解码方法，其特征在于，所述第一色度块的所述色度帧内预测数据是根据顶部+左侧(Top+Left)线性模型模式所产生的，以及其中，使用相邻重建亮度数据来产生所述第一色度块的所述色度帧内预测数据，以产生线性模型参数，并使用在所述当前色彩块中重建后的亮度数据作为预测参考。
26.根据权利要求24所述的视频解码方法，其特征在于，根据直接模式(DM)产生所述第一色度块的所述色度帧内预测数据，以及其中，将所述当前色彩块的亮度帧内预测模式用作所述非交叉线性模型模式。
27.根据权利要求24所述的视频解码方法，其特征在于，根据线性模型模式产生所述第一色度块的所述色度帧内预测数据，其中所述线性模型模式对应于为所述多个色度块所选择的所述交叉线性模型模式。
28.根据权利要求24所述的视频解码方法，其特征在于，发送一个或多个第二语法元素以识别所选择的所述非交叉线性模型模式。
29.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，当不同的色度块公用相同的色度帧内预测模式时，将所述一个或多个交叉线性模型模式加入用于所述当前色彩块中所述多个色度块的一个或多个色度模式候选列表中，以作为额外的色度帧内预测模式。
30.根据权利要求29所述的视频解码方法，其特征在于，当所述多个色度分量中的全部共享同一色度帧内预测模式时，所述一个或多个交叉线性模型模式使用比一个或多个色度模式候选列表中的线性模型模式更长的码字进行二值化，其中所述一个或多个色度模式候选列表包含所述一个或多个交叉线性模型模式。
31.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，当允许不同色度分量块使用不同的色度帧内预测模式时，将所述一个或多个交叉线性模型模式加入一个或多个色度模式候选列表，以作为只用于所述一个或多个非第一色度块的额外的色度帧内预测模式。
32.根据权利要求31所述的视频解码方法，其特征在于，当所述多个色度分量中的全部使用不同的色度帧内预测模式时，用于顶部+左侧(Top+Left)交叉线性模型模式的码字比用于顶部+左侧(Top+Left)线性模型模式的码字长，但比用于线性模型模式的码字短。
33.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，当为所述当前非第一色度块选择一个交叉线性模型模式时，基于重建后的色度样本，来产生所述线性模型的线性模型参数。
34.根据权利要求33所述的视频解码方法，其特征在于，若所述交叉线性模型模式对应于顶部+左侧(Top+Left)交叉线性模型模式，则使用所述另一色度块的上方行和左侧列重建的样本及所述当前非第一色度块的左侧列重建的样本，来产生所述多个线性模型参数。
35.根据权利要求33所述的视频解码方法，其特征在于，若所述交叉线性模型模式对应于只有顶部(Top-Only)交叉线性模型模式，则使用所述另一色度块的上方行重建的样本及所述当前非第一色度块的上方行重建的样本，来产生所述多个线性模型参数。
36.根据权利要求33所述的视频解码方法，其特征在于，若所述交叉线性模型模式对应于只有左侧(Left-Only)交叉线性模型模式，则使用所述另一色度块的左侧列重建的样本及所述当前非第一色度块的左侧列重建的样本，来产生所述多个线性模型参数。
37.根据权利要求20所述的视频解码方法，其特征在于，当为所述当前非第一色度块选择一个交叉线性模型模式时，基于重建后的色度样本来产生所述线性模型的一部分线性模型参数，以及在所述视频比特流中发信告知所述线性模型的另一部分线性模型参数。
38.一种视频编码方法，使用帧内预测对色度成分进行编码，所述视频编码方法包括：
接收与多个色度块有关的输入数据，其中，所述多个色度块对应于当前色彩块中的多个色度分量，所述当前色彩块中的所述多个色度块包括第一色度块与一个或多个非第一色度块；
为所述多个色度块选择色度帧内预测模式，其中，所述色度帧内预测模式包括一个或多个交叉色度线性模型模式，以根据线性模型基于所述当前色彩块中的另一色度块来产生非第一色度块的色度帧内预测数据；以及
使用所选择的所述色度帧内预测模式，对所述多个色度块应用色度帧内预测。
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