CN109845263B - 用于视频编码的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块的装置(100)，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述装置(100)包括：参考像素单元(101)，用于基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联，所述参考像素单元用于基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值；帧内预测单元(103)，用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值来对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测。

Description

用于视频编码的设备和方法
技术领域
本发明涉及视频编码领域。更具体地，本发明涉及用于帧内预测视频编码块的装置和方法，以及包括这种帧内预测装置的编码装置和解码装置。
背景技术
数字视频通信和存储应用由各种各样的数字设备来实现，例如数码相机、蜂窝无线电话、笔记本电脑、广播系统、视频会议系统等。这些应用中最重要和最具挑战性的任务之一为视频压缩。视频压缩的任务复杂，并且受到两个相互冲突的参数的限制：压缩效率和计算复杂度。ITU-T H.264/AVC或ITU-T H.265/HEVC等视频编码标准提供了良好的参数折衷。由于这个原因，支持视频编码标准几乎是对任意视频压缩应用的强制性要求。
现有技术的视频编码标准基于将源图像分为视频编码块(或短块)。这些块的处理取决于其尺寸、空间位置和编码器指定的编码模式。根据预测类型，可以将编码模式分类为两组：帧内预测模式和帧间预测模式。帧内预测模式使用相同图像的像素(也称为帧或图像)来生成参考样本以计算正在重构的块的像素的预测值。帧内预测也称为空间预测。帧间预测模式旨在用于时间预测，并使用前一个或后一个图像的参考样本来预测当前图像的块的像素。在预测阶段之后，对预测误差执行变换编码，该预测误差是原始信号与其预测之间的差。然后，使用熵编码器(例如，用于AVC/H.264和HEVC/H.265的CABAC)对变换系数和边信息进行编码。最近通过的ITU-T H.265/HEVC标准(ISO/IEC 23008-2：2013，“信息技术-异构环境中的高效率编码和媒体传送-第2部分：高效率视频编码”，2013年11月)宣布了一套最先进的视频编码工具，提供了编码效率和计算复杂度之间的合理折衷。在《IEEE视频技术电路和系统汇刊》2012年12月第22卷第12期中的Gary J.Sullivan撰写的《高效视频编码(High Efficiency Video Coding，简称HEVC)标准概述》中给出了ITU-T H.265/HEVC标准概述。其全部内容通过引用并入本文。
与ITU-T H.264/AVC视频编码标准类似，HEVC/H.265视频编码标准将源图像划分成块，例如编码单元(coding unit，简称CU)。可以进一步地将每个CU分成更小的CU或预测单元(predicting unit，简称PU)。PU可以根据应用于PU的像素的处理类型进行帧内或帧间预测。在帧间预测的情况下，PU表示运动补偿通过为PU指定的运动矢量处理的像素面积。对于帧内预测，相邻块的相邻像素作为参考样本用于预测当前块。PU指定从所述帧内预测模式集为该PU中包含的所有变换单元(transform unit，简称TU)选择的预测模式。TU可以具有不同的大小(例如，4×4、8×8、16×16和32×32像素)，并且可以采用不同的方式进行处理。对于TU，执行变换编码，即所述预测误差利用离散余弦变换或离散正弦变换(在所述HEVC/H.265标准中，对帧内编码块采用所述预测误差)来变换，然后进行量化。因此，重建像素包含DBF、SAO和ALF等环内滤波器尝试抑制的量化噪声(例如，其可能因单元之间的块效应、环状伪影以及锐边等变得明显)。使用复杂的预测编码(例如，运动补偿和帧内预测)和分区技术(例如，用于CU和PU的QT以及用于TU的RQT)允许标准化委员会显著减少PU中的冗余。
实现这些视频编码标准顺利应用的预测工具可以粗略地分为帧间和帧内预测工具。虽然帧内预测仅依赖于当前图像中包含的信息，但帧间预测采用不同图像之间的冗余来进一步提高所述编码效率。因此，通常帧内预测需要的比特率比帧间预测高，可实现典型视频信号的相同视觉质量。
然而，帧内编码是所有视频编码系统的基本部分，因为需要所述帧内编码启动视频传输、随机访问正在进行的传输以及执行差错隐藏。然而，在所述HEVC标准中，仅使用相邻一行/列像素作为当前处理的视频编码块(在HEVC的情况下，称为编码单元(codingunit，简称CU))的预测基础。此外，在基于角度预测的帧内预测的情况下，每个CU仅可以应用一个方向。由于这些限制，帧内编码CU的残差需要高比特率。
因此，需要用于视频编码的设备和方法，其可以增加帧内预测的编码效率。
发明内容
本发明的目的在于提供用于视频编码的设备和方法，其可以增加帧内预测的编码效率。
上述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求、说明书以及附图，进一步的实现方式是显而易见的。
下文采用多个术语，在各实施例中，这些术语具有以下含义：条带-独立编码/解码的图像的空间不同区域。条带头-用于发送与特定切片相关联的信息的数据结构。视频编码块(或短块)-像素或样本的MxN(M列xN行)阵列(每个像素/样本与至少一个像素/样本值相关联)或变换系数的MxN阵列。编码树单元(Coding Tree Unit，简称CTU)网格-用于将像素块分为宏块进行视频编码的网格结构。编码单元(Coding Unit，简称CU)-包含亮度样本的编码块、包含具有三个样本阵列的图像的色度样本的两个对应编码块或包含单色图像或使用三个单独色彩平面的图像的样本及用于编码所述样本的语法的编码块。图像参数集(Picture Parameter Set，简称PPS)-一种包含语法元素的语法结构，其中所述语法元素应用于零个或多个完整编码图像，其由位于每个条带片段头中的语法元素确定。序列参数集(Sequence Parameter Set，简称SPS)-一种包含语法元素的语法结构，其中所述语法元素应用于零个或多个完整编码视频序列，其由位于每个条带片段头中的语法元素所引用的PPS中的语法元素的内容确定。视频参数集(Video Parameter Set，简称VPS)-一种包含语法元素的语法结构，其中所述语法元素应用于零个或多个整个编码视频序列。预测单元(Prediction Unit，简称PU)-包含亮度样本的预测块、包含具有三个样本阵列的图像的色度样本的两个对应预测块或包含单色图像或使用三个单独色彩平面的图像的样本及用于编码所述样本的语法的预测块。变换单元(Transform Unit，简称TU)-包含亮度样本的变换块、包含具有三个样本阵列的图像的色度样本的两个对应变换块或包含单色图像或使用三个单独色彩平面的图像的样本及用于编码所述样本的语法的变换块。补充增强信息(Supplemental enhancement information，简称SEI)-可以插入视频比特流中增强视频使用的额外信息。亮度-指示图像样本亮度的信息。色度-指示图像样本颜色的信息，其可以根据红色差色度分量(red difference chroma component，简称Cr)和蓝色差色度分量(bluedifference chroma component，简称Cb)来描述。
根据第一方面，本发明涉及一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测的装置，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与至少一个像素值(也称为样本值)相关联。所述装置包括：参考像素单元和帧内预测单元。所述参考像素单元用于基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联；所述参考像素单元用于基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值。所述帧内预测单元用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值来对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测。
因此，提供了一种用于视频编码的改进装置，其可以提高帧内预测的编码效率。
在根据第一方面本身的装置的第一种可能实现方式中，所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正上方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中，或者其中所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正下方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中。
具体地，所述当前视频编码块可以是矩形，特别是正方形。
在根据第一方面本身或其第一种实现方式的装置的第二种可能实现方式中，所述多个辅助参考像素值与位于所述当前视频编码块的其它相邻视频编码块中的多个辅助参考像素相关联，其中所述其它相邻视频编码块不是提供主要参考像素值的相邻视频编码块，所述主要参考像素值提供所述多个主要参考像素。因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面或其第一和第二种实现方式中的任一种实现方式的装置的第三种可能实现方式中，所述参考像素单元还用于针对所述多个辅助参考像素值的子集的每个辅助参考像素值基于方向帧内预测确定所述辅助参考像素值的第一分量并基于第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值之间的插值预测来确定所述辅助参考像素值的第二分量，并且将所述辅助参考像素值的第一分量与所述辅助参考像素值的第二分量结合来生成所述辅助参考像素值，其中第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值不是所述多个辅助参考像素的子集的一部分。因此所述装置将特别有效。
如本文所使用的，插值预测基于插值方法来使用一组已知值预测给定位置中的一组未知值。插值包括选择近似于一组已知值的预定义函数，并在所述未知目标值的位置处计算该函数的值。用于内插的典型函数是线性样条或三次样条，并且可以应用于整组已知值或者对已知值的不同子集具有不同参数。后一种情况称为分段插值。
如本文所使用的，方向帧内预测基于在待预测的块内传播边界值，以便通过将该像素的位置投影到所述指定方向上的一组参考像素上来计算所述预测块的每个像素值。在所述投影位置是位于像素位置之间的一部分的情况下，可以应用相邻像素之间的子像素插值预测。
在根据第一方面的第三种实现方式的装置的第四种可能实现方式中，所述参考像素单元用于使用所述H.264标准的方向模式、H.265标准或从这些标准中的一种标准演化的标准来基于方向帧内预测确定所述辅助参考像素值的第一分量。
在根据第一方面的第三或第四种实现方式的装置的第五种可能实现方式中，所述参考像素单元还用于基于与第一辅助参考像素相邻的主要参考像素的主要参考像素值确定第一辅助参考像素值以及基于与第二辅助参考像素相邻的主要参考像素的主要参考像素值确定第二辅参考像素值。因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面的第五种实现方式的装置的第六种可能实现方式中，所述参考像素单元用于基于以下等式确定第一辅助参考像素值prsg[0]和第二辅助参考像素值prsg[2N]：
prsg[0]＝wint·pint[0]+wrs[-N]·prs[-N]+wrs[-N-1]·prs[-N-1]+wrs[-N-2]·prs[-N-2]
prsg[2N]＝wint·pint[2N]+wrs[N]·prs[N]+wrs[N+1]·prs[N+1]+wrs[N+2]·prs[N+2]，
其中N表示所述当前视频编码块的线性大小。因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面的第三至第六种实现方式中的任一种实现方式的装置的第七种可能实现方式中，所述参考像素单元用于基于第一辅助参考像素值prsg[0]和第二辅助参考像素值prsg[2N]之间的插值预测并基于以下等式确定所述辅助参考像素值的第二分量pgrad[k]：
pgrad[k]＝prsg[0]+k·s，
以及
Figure BDA0002027355620000041
因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面的第三至第七种实现方式中的任一种实现方式的装置的第八种可能实现方式中，所述参考像素单元用于将所述辅助参考像素值的第一分量pint[k]和所述辅助参考像素值的第二分量pgrad[k]结合来基于以下等式生成所述辅助参考像素值prs[k]：
prs[k]＝wgrad[k]·pgrad[k]+wint[k]·pint[k]，
其中wgrad[k]+wint[k]＝1和0≤wgrad[k]，wint[k]≤1。因此所述装置将特别有效。
在第一方面的第八种实现方式的装置的第九种可能实现方式中，所述参考像素单元用于根据所述方向、所述索引k和/或所述当前视频编码块的大小来调整所述权重wgrad[k]和/或wint[k]。因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面本身或其前述实现方式中的任一种实现方式的装置的第十种可能实现方式中，所述帧内预测单元用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值并基于以下等式对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测：
p[x，y]＝w0·prs0+w1·prs1，
其中p[x，y]表示具有所述坐标x，y的当前视频编码块的像素的像素值，w0表示第一权重，prs0表示主要参考像素值，w1表示第二权重，prs1表示辅助参考像素值。因此所述装置将特别有效。
在根据第一方面的第十种实现方式的装置的第十一种可能实现方式中，所述帧内预测单元用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值并基于以下等式对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测：
Figure BDA0002027355620000042
其中drs0表示从与所述主要参考像素值prs0相关联的主要参考像素到具有所述坐标x，y的当前视频编码块的像素的距离，drs1表示从与所述辅助参考像素值prs1相关联的辅助参考像素到具有所述坐标x，y的当前视频编码块的像素的距离，并且D表示从与所述主要参考像素值prs0相关联的主要参考像素到与所述辅助参考像素值prs1(即，D＝drs0+drs1)相关联的辅助参考像素的距离。因此所述装置将特别有效。
根据第二方面，本发明涉及一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行编码的编码装置，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述编码装置包括根据第一方面本身或其实现方式中的任何一种实现方式的帧内预测装置，用于提供预测视频编码块；编码单元，用于基于所述预测视频编码块对所述当前视频编码块进行编码。
根据第三方面，本发明涉及一种用于对视频信号的帧的编码视频编码块进行解码的解码装置，其中所述编码视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述解码装置包括：根据第一方面本身或其实现方式中的任何一种实现方式的帧内预测装置，用于提供预测视频编码块；恢复单元，用于基于编码视频编码块和所述预测视频编码块来恢复视频编码块。
根据第四方面，本发明涉及一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测的方法，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述方法包括以下步骤：基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联，所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成；并且基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测。
可以通过根据本发明第一方面的帧内预测装置来执行根据本发明第四方面的方法。根据本发明第四方面的方法的其它特征直接源于根据本发明第一方面的帧内预测装置的功能及其不同实现方式。
根据第五方面，本发明涉及一种计算机程序，包括：程序代码，用于在计算机上运行时执行根据第四方面所述的方法。
本发明可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
附图说明
本发明的具体实施例将结合以下附图进行描述，其中：
图1示出了根据一实施例的帧内预测装置的示意图；
图2示出了根据一实施例的编码装置和根据一实施例的解码装置的示意图；
图3示出了根据一实施例的帧内预测方法的示意图；
图4是示出了根据一实施例的帧内预测装置的若干方面的视频编码块的示意图；
图5是示出了不同方向帧内预测模式的视频编码块的示意图，其中所述帧内预测模式可以在根据一实施例的帧内预测装置中实现；
图6是示出了根据一实施例的帧内预测装置中实现的帧内预测处理步骤的示图；
图7是示出了根据一实施例的帧内预测装置中实现的帧内预测处理步骤的示图；
图8是示出了根据一实施例的帧内预测装置中实现的帧内预测处理步骤的示图；
图9是示出了根据一实施例的帧内预测装置的一方面的视频编码块的示意图；
图10是示出了根据一实施例的帧内预测装置中实现的帧内预测处理步骤的示图；
图11示出了根据一实施例的解码装置中实现的处理步骤的示图；
图12示出了根据一实施例的解码装置中实现的处理步骤的示图。
在各附图中，相同的或至少功能等同的特征使用相同的标号。
具体实施方式
以下结合附图进行描述，所述附图是本发明的一部分，并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面，并做出结构或逻辑上的改变。因此，以下详细的描述并不视为具有限制意义，因为本发明的范围由所附权利要求书界定。
例如，可以理解的是与所描述方法有关的披露对于用于执行所述方法的对应设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了特定方法步骤，则对应设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元没有在图中明确描述或图示。此外，应理解，本文所描述的各种示例性方面的特性可以相互组合，除非另外明确说明。
图1示出了根据一实施例的帧内预测装置100的示意图。
所述帧内预测装置100用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。
所述帧内预测装置100包括参考像素单元101，用于基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的已经预测的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联。所述参考像素单元101用于基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成所述辅助参考像素值中的每个辅助参考像素值。
此外，所述帧内预测装置100包括帧内预测单元103，用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测来提供预测的当前视频编码块。
在一实施例中，所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正上方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中。在另一实施例中，所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正下方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中。
在一实施例中，所述当前视频编码块是正方形视频编码块或矩形视频编码块。
在一实施例中，所述多个辅助参考像素值与位于所述当前视频编码块的其它相邻视频编码块中的多个辅助参考像素相关联，其中所述其它相邻视频编码块不是提供所述多个主要参考像素的相邻视频编码块。
下面将进一步描述帧内预测装置100的进一步的实施例。
图2示出了根据一实施例的编码装置201和根据一实施例的解码装置211的示意图。
所述编码装置201用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行编码，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述编码装置201包括：图1所示的帧内预测装置100，用于提供预测视频编码块；以及编码单元203，用于基于所述预测视频编码块对所述当前视频编码块进行编码并以比特流等形式提供所述编码的当前视频编码块。下面将进一步描述编码装置201的进一步的实施例。在一实施例中，所述编码装置201可以实现为例如如所述HEVC标准中所定义的混合编码器，并可以包括其它组件，例如熵编码器。
所述解码装置211用于对视频信号的帧的编码视频编码块进行解码，其中所述视频信号包含在由编码装置201提供的比特流中，所述编码视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。所述解码装置211包括：图1中所示的帧内预测装置100，用于提供预测视频编码块；以及恢复单元213，用于基于所述编码视频编码块和所述预测视频编码块恢复视频编码块。下面将进一步描述解码装置211的进一步的实施例。在一实施例中，所述解码装置211可以实现为例如在所述HEVC标准中定义的混合解码器，并且可以包括其它组件，例如用于基于所述编码视频编码块提供残余视频编码块的解码单元。
图3示出了根据一实施例的用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测的方法300的示意图，其中所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联。
所述帧内预测方法300包括步骤301：基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联，所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成。
此外，所述帧内预测方法300包括步骤303：基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测。
下面将进一步描述帧内预测方法300的进一步的实施例。
如下面将在图4的上下文中描述的，在一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101还用于：针对所述多个辅助参考像素值的子集的每个辅助参考像素值基于方向帧内预测确定所述辅助参考像素值的第一分量；基于第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值之间的插值预测来确定所述辅助参考像素值的第二分量；并且将所述辅助参考像素值的第一分量与所述辅助参考像素值的第二分量结合来生成所述辅助参考像素值，其中第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值不是所述多个辅助参考像素的子集的一部分。
图4示出了示例性当前视频编码块的示意图，该示意图示出了根据实施例的帧内预测装置100和帧内预测方法300的若干方面，特别是主要参考像素、辅助参考像素和帧内预测像素之间的关系。图6中示出了根据实施例的帧内预测装置100和帧内预测方法300中实现的相应处理步骤。
图4中，像素的灰色方块表示所述示例性当前处理的视频编码块。对于图4中所示的示例性当前视频编码块，所述主要参考像素是所述当前视频编码块上方的像素行中的像素以及所述当前视频编码块的左边的像素列中的像素。因此，在图4所示的实施例中，所述主要参考像素属于相邻视频编码块，其已经被帧内预测，即由帧内预测装置100处理。在图4中，对所述当前视频编码块上方的行中的主要参考像素的索引为0到2N，并且对所述当前视频编码块左边的像素列中的主要参考像素的索引为0到-2N。
图4示出了示例性情况，其中所述帧内预测装置100对所述当前处理的视频编码块的像素的像素值进行帧内预测，所述像素也就是所述当前处理的像素，其在图4中用较暗的灰色阴影标注。对于在图4中假设具有45°示例性方向的帧内预测模式，参考像素单元101用于确定与所述当前处理的像素相关联的主要参考像素prs0。此外，确定所述当前处理的像素的“相对边”上的辅助参考像素prs1(这也在图6的处理步骤601、603和605中示出)。所述辅助参考像素prs1的位置取决于所述帧内预测模式、待预测的块的大小以及正在预测的当前处理的像素的位置。如果该位置与主要(即已经预测的)参考像素不一致(也参见图6的处理步骤603)，则将如下确定相应的辅助参考像素值。
所述主要参考像素prs0和/或所述辅助参考像素prs1可能未位于整数像素位置，因此可能需要例如由HEVC标准定义的子像素插值处理(也参见图6的处理步骤607、609、611和613)。
在下一阶段中，所述帧内预测装置100的帧内预测单元103用于基于所述主要参考像素值prs0和所述辅助参考像素值prs1对所述当前处理的像素的像素值进行帧内预测。
在下一阶段中，所述帧内预测装置100的帧内预测单元103用于基于所述主要参考像素值prs0和所述辅助参考像素值prs1对所述当前处理的像素的像素值进行帧内预测。
在下一阶段中，所述帧内预测装置100的帧内预测单元103用于帧内预测所述当前处理的像素的像素值是所述主要参考像素值prs0与所述辅助参考像素值prs1的加权和，即：
p[x，y]＝w0·prs0+w1·prs1，
其中p[x，y]表示位于所述坐标x，y的当前处理像素的像素值，w0表示第一权重，w1表示第二权重。
在图4所示的实施例中，所述帧内预测单元103用于基于所述主要参考像素prs0和所述当前处理像素之间的距离drs0、所述辅助参考像素prs1与所述当前处理像素之间的距离drs1、所述主要参考像素prs0与所述辅助参考像素prs1之间的距离D(即D＝drs0+drs1)确定第一权重w0和第二权重w1(也参见图6中的处理步骤615和617)。更具体地，在一实施例中，帧内预测单元103用于基于以下等式对所述当前处理的像素的像素值进行帧内预测：
Figure BDA0002027355620000081
图4所示的实施例使用了对所述当前处理的视频编码块的未知边生成辅助参考样本(即像素值)的方法。例如，在所述HEVC标准中，所述未知边是所述当前处理的视频编码块的右边和底边。
图5示出了由所述HEVC/H.265标准提供的帧内预测模式，包括平面模式(帧内预测模式索引为0)，DC模式(帧内预测模式索引为1)和33个方向模式(帧内预测模式索引范围从2到34)。在下面的实施例中，将描述帧内预测装置100和帧内预测方法300，其可以使用图5中所示的方向模式中的一个或多个方向模式，以基于最后两个主要参考像素值来生成辅助参考像素值。
图7示出了根据生成所述辅助参考像素的实施例的帧内预测装置100的参考像素单元101中实现的一般概念的示意图。根据本发明实施例的参考像素单元101使用两个分量的组合，即逐渐内插的像素值或分量以及方向预测的像素值或分量，即基于方向预测所预测的像素，例如，如通过所述HEVC/H.265标准中定义的33种方向模式所提供的。
如图7所示，根据本发明的实施例，这两个分量可以独立地计算并组合，以便直接获得或通过内插这些值获得所述辅助参考样本prs1。根据本发明的实施例，方向预测值的计算方法是假定这些像素属于正在预测的块，即，所述当前处理的视频编码块的像素“内部”。可以以不同方式执行这两个组件的组合。
如图7所示，根据本发明的实施例，这两个分量可以独立地计算并组合，以便直接获得或通过内插这些值获得所述辅助参考样本prs1。根据本发明的实施例，方向预测值的计算方法是假定这些像素属于正在预测的块，即，所述当前处理的视频编码块的像素“内部”。可以以不同方式执行这两个组件的组合。
prs[k]＝wgrad[k]·pgrad[k]+wint[k]·pint[k]，
其中wgrad[k]+wint[k]＝1、0≤wgrad[k]，wint[k]≤1和k表示用于识别所述辅助参考像素值的索引。例如，在图中，所述索引k从0(底行左边的辅助参考像素)到2N(所述当前处理的视频编码块的右边行的顶部的辅助参考像素)。在一实施例中，所述权重wgrad[k]，wint[k]可以具有值0.5。在一实施例中，所述权重wgrad[k]，wint[k]可以取决于所述当前视频编码块的大小和/或所选择的方向模式。在一实施例中，所述权重wgrad[k]可以具有下表中提供的值(其中所述权重wint[k]可以从所述关系wgrad[k]+wint[k]＝1导出，以及定义相应角度模式范围的数字为用于识别不同方向模式的索引)：
Figure BDA0002027355620000091
在另一实施例中，参考像素单元101用于通过混合第一分量(其可以包括非线性操作)(即所述方向预测的像素值)和第二分量(即所述逐渐内插的像素值)来生成所述辅助像素值prs[k]。
在另一实施例中，参考像素单元101用于通过混合第一分量(其可以包括非线性操作)(即所述方向预测的像素值)和第二分量(即所述逐渐内插的像素值)来生成所述辅助像素值prs[k]。
在第一处理阶段801中，参考像素单元101用于确定第一和第二(或最后)辅助参考像素的辅助像素值，其中第一和最后一个辅助参考像素是那些与所述主要参考像素相邻的辅助参考像素。对于图4中所示的示例性场景，第一辅助参考像素(与像素值prs[0]相关联)是底行中最左边的像素和最后一个辅助参考像素(与像素值prs[2N]相关联)是所述当前处理的视频编码块右边行中的顶部像素。
在一实施例中，参考像素单元101用于基于以下等式确定第一辅助参考像素值prsg[0]和第二辅助参考像素值prsg[2N]：
prsg[0]＝wint·pint[0]+wrs[-N]·prs[-N]+wrs[-N-1]·prs[-N-1]+wrs[-N-2]·prs[-N-2]，
prsg[2N]＝wint·pint[2N]+wrs[N]·prs[N]+wrs[N+1]·prs[N+1]+wrs[N+2]·prs[N+2]，
其中prs表示相应主要参考像素的像素值，wrs表示主要参考像素权重。
图8中所示的过程的第二处理阶段803可以以不同的方式完成。在一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于生成所述逐渐内插的像素值，即，用于使用线性插值生成所述相应第二参考像素值的相应第二分量prs[k]。在一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于基于以下等式确定步长的值：
图8中所示的过程的第二处理阶段803可以以不同的方式完成。在一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于生成所述逐渐内插的像素值，即，用于使用线性插值生成所述相应第二参考像素值的相应第二分量prs[k]。在一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于基于以下等式确定步长的值：
Figure BDA0002027355620000101
并且将此值用于所述步长s来计算所述逐渐内插的值：
pgrad[k]＝pgrad[0]+k·s。
在另一实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于例如基于以下等式定义所述逐渐内插像素中的第一和最后一个逐渐内插像素的平均像素值：
Figure BDA0002027355620000102
在基于图9中所示的示例性视频编码块示出的实施例中，所述帧内预测装置100的参考像素单元101用于通过将位于所述当前处理的视频编码块的中间的点投影到所述辅助像素的位置来确定该平均像素值的对应辅助参考像素。位于所述当前处理的视频编码块中间的点的坐标可以表示如下：
Figure BDA0002027355620000103
其中W和H分别表示所述当前处理的视频编码块的宽度和高度。对于该实施例，图8中所示的第二处理阶段803变成取决于用于预测所述辅助参考像素值的第一分量(即，所述方向预测的像素值)的帧内预测模式，因为执行所述插值时需要考虑与所述平均像素值相关联的辅助参考像素的位置。在进一步的实施例中，所述参考像素单元101可以使用两个不同的步长值在这些点之间执行线性插值法，即：
Figure BDA0002027355620000104
以及
Figure BDA0002027355620000105
在进一步的实施例中，所述参考像素单元101可以用于替代线性插值法而使用2阶或更高阶插值法来确定所述区间(prsg[0]，prsg[2N])中的逐渐插值的像素值。
图10示出了根据进一步的实施例的参考像素单元101中实现的算法，该算法用于生成所述辅助参考像素值和/或该算法作为图8中所示的处理步骤803的替代方案。
在图10中所示的算法的第一处理步骤1001中，选择了待预测的当前处理的视频编码块的大小S以及帧内预测模式IIPM。在下一处理步骤1003中，使用处理步骤1001中选择的帧内预测模式IIPM为所述未知参考样本边生成方向预测像素Pu。在一实施例中，所述参考像素单元101用于提供一个或多个传统帧内预测机制(例如，在所述标准H.265中定义的传统帧内预测机制)用于在图10的处理步骤1003中进行选择和使用。在本发明的实施例中，处理步骤1003可以包括对用于生成所述辅助参考像素值的主要参考像素值进行滤波或不滤波。
在对所述辅助参考像素进行方向性生成之后，所述装置的参考像素单元101可以用于在处理步骤1007中通过滤波器Fdp对这些辅助参考像素进行滤波，其中参考像素单元101可以根据所述当前处理的视频编码块(即待预测的块)的大小S来选择所述滤波器Fdp和/或所选择的帧内预测模式IIPM。(参见图10中的处理步骤1005)。在本发明的实施例中，在处理步骤1007中应用的Fdp滤波器可以不同于在处理步骤1003中可选地应用于所述主要参考样本的滤波器。
在一实施例中，参考像素单元101可以用于在处理步骤1005中选择性能高于所述H.265标准中指定的滤波器的滤波器Fdp来对已知的参考样本进行滤波。然而，可以应用不同的滤波器Fdp，包括但不限于FIR、IIR、非线性或中值滤波器。这些滤镜可以提供不同的效果，包括模糊、去环状或锐化。
在以下部分中，将描述编码装置201和解码装置211的进一步的实施例，包括由本发明的实施例实现的装置201和解码装置211之间的信令。可以理解的是，本发明的实施例在解码装置211侧不需要特殊信令，因此不会增加比特流解析操作的复杂性。
图11示出了根据基于所述HEVC标准的实施例的解码装置211中实现的处理方案1100。
在第一处理步骤1101中，从所述比特流解析所述帧内预测模式IIPM的索引。此后，在处理步骤1103中，根据所述解码帧内预测模式是否是方向帧内预测模式来做出决策。在HEVC视频编码的上下文中应用所述信令方案的情况下，当IIPM大于1时，所述帧内预测模式是方向性的。本发明的实施例也可以利用所述平面模式。在这种情况下，该条件可写为IIPM不等于1。
对于方向(并且可能是平面的)帧内预测模式，在处理步骤1105b中从所述比特流解析标志“idw_dir_mode_PU_flag”的值。根据本发明的实施例，将该标志引入所述比特流来编码是否将所提出的机制应用于所述预测单元(一组变换单元)。在一实施例中，在步骤1105a中，对于非方向(DC和PLANAR)帧内预测模式，将该标志的值分配给0。在处理步骤1107中确定属于PU的TU，并且对于每个TU，做出使用传统预测方案(处理步骤1111b)还是使用如本发明实施例所提供的距离加权预测(处理步骤1111a)的决策(处理步骤1109)来获得所述预测信号。在处理步骤1109中对TU的决策是基于在处理步骤1105a和1105b中确定的标志“idw_dir_mode_PU_flag”的值做出的。
图12示出了根据基于所述HEVC标准的实施例的编码装置201中实现的处理方案1200。
处理方案1200首先在处理步骤1201中从所述给定PU的候选帧内预测模式集中选择帧内预测模式。然后，将所述标志“idw_dir_mode_PU_flag”分配给值0(参见处理步骤1203)，这意味着在所述PU内不应用距离加权方向预测(distance-weighted directionalprediction，简称DWDIP)。对于所述PU的每个TU，估计比率失真成本(rate-distortioncost，简称RD-成本)(参见处理步骤1205、1207、1209)。可以通过将所述TU的RD成本相加并且添加信令成本来估计PU编码成本(参见处理步骤1211)。
如果从候选帧内预测模式列表中选取的帧内预测模式不是方向性的，则不存在进一步的计算：确定所述给定PU和帧内预测模式的RD成本(参见处理步骤1213和1215b)。否则，对所述标志“idw_dir_mode_PU_flag”设置为1的情况执行类似的操作(参见处理步骤1215a、1217、1219、1221和1223)，即对所述给定PU启用DWDIP。编码装置201关于应该使用所述标志“idw_dir_mode_PU_flag”的哪个值的决策可以通过比较RD成本来进行(参见处理步骤1215)。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实施方式或实施例中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实施方式或实施例中的一个或多个特征或方面相结合，只要对任何给定或特定的应用有需要或有利即可。而且，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在详细的说明书或权利要求书中使用，这类术语和所述术语“包括”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”、“例如”和“如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面，但应了解多种替代和/或等效实现形式可在不脱离本发明的范围的情况下替代所示和描述的特定方面。本申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，但是除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以所述特定顺序来实施。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实施本发明。

Claims (13)

1.一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测的装置(100)，其特征在于，所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联，所述装置(100)包括：
参考像素单元(101)，用于基于多个主要参考像素值生成多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的已经预测的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联，所述多个辅助参考像素值与位于所述当前视频编码块的其它相邻视频编码块中的多个辅助参考像素相关联，其中所述其它相邻视频编码块不是所述相邻视频编码块，所述参考像素单元(101)用于基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值；
帧内预测单元(103)，用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测；
所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正上方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中，或者其中所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正下方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中。
2.根据权利要求1所述的的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)还用于针对所述多个辅助参考像素值的子集的每个辅助参考像素值基于方向帧内预测确定所述辅助参考像素值的第一分量并基于第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值之间的插值预测来确定所述辅助参考像素值的第二分量，并且将所述辅助参考像素值的第一分量与所述辅助参考像素值的第二分量结合来生成所述辅助参考像素值，其中第一辅助参考像素值和第二辅助参考像素值不是所述多个辅助参考像素的子集的一部分。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)用于使用H.264标准的方向模式、H.265标准或从这些标准中的一种标准演化的标准来基于方向帧内预测确定所述辅助参考像素值的第一分量。
4.根据权利要求2或3所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)还用于基于与第一辅助参考像素相邻的主要参考像素的主要参考像素值确定第一辅助参考像素值以及基于与第二辅助参考像素相邻的主要参考像素的主要参考像素值确定第二辅参考像素值。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)用于基于以下等式确定第一辅助参考像素值prsg[0]和第二辅助参考像素值prsg[2N]：
prsg[0]＝wint·pint[0]+wrs[-N]·prs[-N]+wrs[-N-1]·prs[-N-1]+wrs[-N-2]·prs[-N-2]，
prsg[2N]＝wint·pint[2N]+wrs[N]·prs[N]+wrs[N+1]·prs[N+1]+wrs[N+2]·prs[N+2]，
其中N表示所述当前视频编码块的线性大小；pint[0]表示第一辅助参考像素值的第一分量；prs[-N]表示索引为-N的主要参考像素的像素值；prs[-N-1]表示索引为-N-1的主要参考像素的像素值；prs[-N-2]表示索引为-N-2的主要参考像素的像素值；pint[2N]表示第二辅助参考像素值的第一分量；prs[N]表示索引为N的主要参考像素的像素值；prs[N+1]表示索引为N+1的主要参考像素的像素值；prs[N+2]表示索引为N+2的主要参考像素的像素值；wint表示第一辅助参考像素值的第一分量和第二辅助参考像素值的第一分量的权重；wrs[-N]表示索引为-N的主要参考像素的权重；wrs[-N-1]表示索引为-N-1的主要参考像素的权重；wrs[-N-2]表示索引为-N-2的主要参考像素的权重；wrs[N]表示索引为N的主要参考像素的权重；wrs[N+1]表示索引为N+1的主要参考像素的权重；wrs[N+2]表示索引为N+2的主要参考像素的权重。
6.根据权利要求2所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)用于基于第一辅助参考像素值prsg[0]和第二辅助参考像素值prsg[2N]之间的插值预测并基于以下等式确定所述辅助参考像素值的第二分量pgrad[k]：
pgrad[k]＝prsg[0]+k·s，
或
Figure FDA0002949086670000021
其中N表示所述当前视频编码块的线性大小；k表示用于识别所述辅助参考像素值的索引；s表示所述插值的步长。
7.根据权利要求2所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)用于将所述辅助参考像素值的第一分量pint[k]和所述辅助参考像素值的第二分量pgrad[k]结合来基于以下等式生成所述辅助参考像素值prs[k]：
prs[k]＝wgrad[k]·pgrad[k]+wint[k]·pint[k]，
其中wgrad[k]+wint[k]＝1和0≤wgrad[k],wint[k]≤1；k表示用于识别所述辅助参考像素值的索引；wint[k]表示第一分量pint[k]的权重；wgrad[k]表示第二分量pgrad[k]的权重。
8.根据权利要求7所述的装置(100)，其特征在于，所述参考像素单元(101)用于根据方向、所述索引k和/或所述当前视频编码块的大小来调整所述权重wgrad[k]和/或wint[k]。
9.根据权利要求1所述的的装置(100)，其特征在于，所述帧内预测单元(103)用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值并基于以下等式对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测：
p[x,y]＝w0·prs0+w1·prs1，
其中p[x,y]表示具有坐标x,y的当前视频编码块的像素的像素值，w0表示第一权重，prs0表示主要参考像素值，w1表示第二权重，prs1表示辅助参考像素值。
10.根据权利要求9所述的装置(100)，其特征在于，所述帧内预测单元(103)用于基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值并基于以下等式对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测：
Figure FDA0002949086670000022
其中drs0表示从与所述主要参考像素值prs0相关联的主要参考像素到具有所述坐标x,y的当前视频编码块的像素的距离，drs1表示从与所述辅助参考像素值prs1相关联的辅助参考像素到具有所述坐标x,y的当前视频编码块的像素的距离，并且D表示从与所述主要参考像素值prs0相关联的主要参考像素到与所述辅助参考像素值prs1(即，D＝drs0+drs1)相关联的辅助参考像素的距离。
11.一种编码装置(201)，用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行编码，其特征在于，所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联，所述编码装置(201)包括：根据前述权利要求中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测视频编码块；
编码单元(203)，用于基于所述预测视频编码块对所述当前视频编码块进行编码。
12.一种解码装置(211)，用于对视频信号的帧的编码视频编码块进行解码，其特征在于，所述编码视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联，所述解码装置(211)包括：根据权利要求1至10中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测视频编码块；
恢复单元(213)，用于基于编码视频编码块和所述预测视频编码块来恢复视频编码块。
13.一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行帧内预测的方法(300)，其特征在于，所述当前视频编码块包括多个像素，每个像素与像素值相关联，所述方法(300)包括：
基于多个主要参考像素值生成(301)多个辅助参考像素值，其中所述多个主要参考像素值与位于所述当前视频编码块的已经预测的相邻视频编码块中的多个主要参考像素相关联，所述多个辅助参考像素值与位于所述当前视频编码块的其它相邻视频编码块中的多个辅助参考像素相关联，其中所述其它相邻视频编码块不是所述相邻视频编码块，所述辅助参考像素值中的每一个辅助参考像素值基于所述主要参考像素值中的两个或多个主要参考像素值生成；
基于所述多个主要参考像素值和所述多个辅助参考像素值对所述当前视频编码块的像素的像素值进行帧内预测(303)；
所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正上方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中，或者其中所述多个主要参考像素位于所述当前视频编码块正下方的像素行中以及位于所述当前视频编码块的左边或右边的像素列中。
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