CN110720216A - 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解码编码视频数据的装置(121)，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块。所述装置(121)包括：解码单元(123)，用于解码所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；帧内预测单元(125)，用于基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述帧内预测单元(125)用于当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，以及基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本与拟合平面基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；恢复单元(127)，用于基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复所述当前视频编码块。

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，本发明涉及一种采用视频编码块的帧内预测的装置，即编码装置和解码装置，以及相应的方法。
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。这些应用面临的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，且受两个相互矛盾的参数约束：压缩效率和计算复杂度。ITU-T H.264/AVC或ITU-T H.265/HEVC等视频编码标准很好地权衡了这两个参数。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。
现有视频编码标准基于将源图片分割成视频编码块。这些块的处理取决于它们的尺寸、空间位置和编码器指定的编码模式。根据预测类型，可将编码模式分为两组：帧内和帧间预测模式。帧内预测模式使用相同图片(也称为帧或图像)的像素来生成参考样本，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，并使用先前或后续图片的参考样本来预测当前图片的块的像素。在预测阶段之后，对原始信号与预测信号之间的差值即预测误差进行变换编码。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-TH.265/HEVC标准(ISO/IEC 23008-2:2013，“信息技术—异构环境中的高效编码和媒体传送—第2部分：高效视频编码”，2013年11月)宣布了一套最先进的视频编码工具，合理权衡了编码效率和计算复杂度。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所著的《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片划分成块，例如编码单元(coding unit，简称CU)。每个CU可以进一步分成更小的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，将相邻块的相邻像素用作参考样本来预测当前块。PU指定为该PU中包含的所有变换单元(transform unit，简称TU)从一组帧内预测模式中选择的预测模式。TU可以具有不同的大小(例如，4x4、8x8、16x16和32x32像素)，并且可以采用不同的方式进行处理。对TU进行变换编码，即利用离散余弦变换或离散正弦变换(在HEVC/H.265标准中，将其应用于帧内编码块)对预测误差进行变换并进行量化。因此，重构像素包括去块滤波器(DeblockingFilter，简称DBF)、样本自适应偏移(Sample Adaptive Offset，简称SAO)和自适应环路滤波器(Adaptive Loop Filter，简称ALF))等环路滤波器试图抑制的量化噪声(其可能会因单元之间的块效应、环状伪影以及尖锐边缘等而变得明显)。通过使用复杂的预测编码(例如，运动补偿和帧内预测)和分割技术(例如，HEVC/H.265标准中用于CU和PU的四叉树及用于TU的残差四叉树以及从JEM-3.0版本开始的用于JEM参考软件的四叉树加二叉树)，标准化委员会能够显著减少PU的冗余。四叉树(quadtree，简称QT)和四叉树加二叉树(quadtreeplus binary tree，简称QTBT)分割机制之间的根本区别在于，后者通过基于四叉树和二叉树的划分，不仅可以实现正方形块，而且可以实现矩形块。
在H.264/AVC标准中，对于亮度颜色分量，16x16块有四种可用帧内预测模式。其中一种模式是基于平面的，并且能够预测块内的源信号梯度。用于计算将要使用基于平面的模式预测的像素的公式如下所示：
ppred[x,y]＝clip 3(0，2n-1，(a+b(x-7)+c(y-7)+16)＞＞5)，
其中，a、b和c为平面(多元回归)参数。值得注意的是，在上面的公式中使用了clip3函数在clip3函数中，pmin和pmax分别是给定位深度可能的像素的最小值和最大值(例如，对于位深度8，pmin＝0，pmax＝255)；
Figure BDA0002298934420000022
和ppred[x,y]分别是裁剪前后在位置[x,y]的预测值。
尽管与DC帧内预测模式相似，但基于平面的帧内预测模式独立于其他模式进行指示。为了压缩预测模式，H.264/AVC标准支持最可能模式(most probable mode，简称MPM)，该模式使用当前视频编码块上方和左侧相邻块对预测模式进行估计。MPM是这两个相邻块的最小预测模式。如果这些预测模式中的一个不可用，则将对应的值设置为2(DC模式)。因此，如果使用基于平面的模式预测这两个相邻块，则其成为MPM。在HEVC/H.265标准中，扩展了MPM的概念，使其不仅包括一种模式，还包括一组预测模式。特别地，MPM列表可以分别包含最多3种和5种HM和JEM框架的帧内预测模式。
根据HEVC/H.265标准，可用35种帧内预测模式，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种定向模式(帧内预测模式索引为2至34)。从JEM-1.0软件之后，通过将定向帧内预测模式之间的步距角降低2倍，定向帧内预测模式组扩展至65种模式(几乎翻倍)。从上面列出的模式可以看出，HEVC/H.265和JEM软件均未采用基于平面的模式。实际上，该模式被所述平面模式所代替，所述平面模式并不总是导致基于平面的预测。
A.Said、X.Zhao、J.Chen和M.Karczewicz所著的“位置相关的帧内预测组合”，即2015年10月在瑞士日内瓦举行的第16次ITU-T研究组会议的内容COM16-C1046-E(WO2017/058635中可找到类似的披露)，提出了一种新的称为位置相关的帧内预测组合(positiondependent intra-prediction combination，简称PDPC)的帧内预测技术。PDPC是一种使用滤波后和未滤波参考样本对帧内预测块执行平滑处理的工具。值得注意的是，PDPC需要每个帧内编码块有一个一比特标志(与选定的帧内预测模式无关)，以指示该工具是打开还是关闭。
在US2012/0147955中，提出了一种模式自适应帧内预测平滑技术。是否过滤参考样本以及平滑滤波器的强度取决于选定的帧内预测模式和在视频比特流中编码的标志。根据为块定义的帧内预测模式，参考样本可以通过滤波器进行平滑处理或不经修改就使用。目前的HEVC/H.265标准部分使用这种技术。具体地，对于帧内模式和块大小的几种组合，关闭滤波器平滑，即不需要标志。
Alexey Filippov和Vasily Rufitskiy所著的“用于帧内编码的参考样本自适应滤波”，即2015年10月在瑞士日内瓦举行的ITU-T SG16 Q6的内容COM16-C983，考虑了参考样本自适应滤波器(reference sample adaptive filter，简称RSAF)，也称为自适应参考样本平滑(adaptive reference sample smoothing，简称ARSS)。与模式自适应帧内预测平滑技术的主要区别在于，数据隐藏过程用于指示平滑标志。联合探索模型1(JointExploration Model 1，简称JEM1)采用该技术。
基于输入参考样本和预测样本，在专利申请PCT/RU2016/000703中描述了另一种生成辅参考样本的方法。在第一阶段，定义了相对侧的参考样本prs1的相应位置。该位置取决于帧内预测模式、待预测块的大小以及正在预测的像素的位置。如果该位置未落入已知的参考样本侧，则使用生成的边值。否则，根据已知参考样本计算prs1。参考样本prs0和prs1不需要位于整数像素位置，但可能需要子像素插值过程，例如HEVC标准定义的。下一阶段包括：计算所述参考样本prs0和prs1的权重。根据像素位置和参考样本prs0和prs1之间的距离值(分别为drs0和drs1)计算这些权重。实际上，距离可以归一化为prs0和prs1间的总距离。显然，可以从drs0导出drs1的值，反之亦然。基于以下公式使用距离权重和参考像素值计算预测像素值：
Figure BDA0002298934420000031
其中，D表示位置prs0与prs1之间的距离。从待预测块的左下角像素和右上角像素相邻的主参考样本中导出辅参考样本的梯度分量Pgrad。因此，由于上述给出的距离加权公式的属性，预测信号的样本落在参考样本像素的最小值和最大值之间的范围内。
正如在F.Galpin等人所著的“JEM3.0中的EE7自适应裁剪”，即2016年中国第四届JVET会议的内容JVET-D0033，中所讨论的那样，自适应裁剪机制最初是在由F.Galpin等人所著的“JEM2.0中的自适应裁剪”，即2016年在瑞士举行的第三届JVET会议的内容JVET-C0040，中提出的，用于从JEM-4.0软件开始限制块(例如，预测块)中的像素值。该技术使用在编码器侧确定并在比特流中，即切片头，中显式指示的裁剪界限。裁剪界限定义为每个颜色分量的编码图片的实际最小样本值pmin(C)和实际最大样本值pmax(C)。从数学上讲，自适应裁剪运算可以表示如下：
Figure BDA0002298934420000032
其中，C为选定的颜色分量的索引。与clip 3()函数类似，该机制例如直接应用于预测块内的像素值。
对于JEM-3.0软件，提出了一种新的基于四叉树和二叉树，称为QTBT，的分割机制。QTBT分割不仅可以提供正方形块，还可以提供矩形块。当然，与HEVC/H.265标准中使用的传统四叉树分割相比，QTBT分割的代价是编码器侧会有一些信令开销并且计算复杂度会增加。然而，基于QTBT的分割具有更好的分割属性，因此与传统四叉树分割相比，其明显具有更高的编码效率。
上述传统方法未解决的主要问题是将基于平面的帧内预测模式(在HEVC/H.265标准中缺失)及其基于定向模式的修改集成到HM和JEM框架中，以达到避免信令开销并且与其他帧内预测模式相比，不会降低编码效率的目的。更具体地，目前没有解决在当前的帧内预测模式信令机制中包含基于平面的模式而不会对其他模式产生不利影响的方案，例如，如果在MPM列表中添加基于平面的模式或其他任何模式，所述其他模式可能会从该列表中弹出。
基于上述情况，需要一种用于视频编码的改进设备和方法，以增加帧内预测模式的信令效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于视频编码的改进设备和方法，以增加帧内预测模式的信令效率。
上述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的实施方式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
本发明大体上基于以下思想：提供一种分层信令机制，用于将基于平面的帧内预测模式(此处称为基于平面的模式或PbM)包含在当前信令方案中。例如，在一实施例中，包括PbM和例如DC帧内预测模式的两种模式对应于先前仅指示一种模式(DC模式)的索引1(DC_IDX)。这两种模式中的一种是导出或显式指示的。此外，本发明实施例基于PDPC和RSAF/ARSS中的定向模式提供了PbM及其修改的处理选项。因此，本发明实施例尤其提供了以下优点：通过将本发明实施例集成到编解码器，可获得额外的编码增益；本发明实施例可用于与HM软件和VPX视频编解码器系列兼容的混合视频编码范例的许多潜在应用，也可用于作为现有视频编码框架和下一代视频编码框架的JEM软件和VPX/AV1视频编解码系列；在编码器和解码器侧都能够保持较低的硬件和计算复杂度；在使用传统的帧内预测机制的编解码器中易于实现本发明实施例。
下面的发明内容使用了多个术语，在各实施例中，这些术语具有以下含义：分片——独立编码/解码的图片的空间上不同的区域。分片头——用于发送与特定分片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×N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(CodingTree Unit，简称CTU)网格——用于将像素块划分为宏块以便进行视频编码的网格结构。编码单元(Coding Unit，简称CU)——亮度样本的编码块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的编码块，或者黑白图片的样本的编码块或通过三个单独的色彩平面和用于对所述样本进行编码的语法进行编码的图片的样本的编码块。图像参数集(PictureParameter Set，简称PPS)——包含语法元素的语法结构，所述语法元素应用于零个或多个全编码图片，所述编码图片由每个片段头中发现的语法元素确定。序列参数集(SequenceParameter Set，简称SPS)——包含语法元素的语法结构，所述语法元素应用于零个或多个全编码视频序列，所述编码视频序列由所述PPS中发现的语法元素的内容确定，所述PPS中发现的语法元素由每个片段头中发现的语法元素所引用。视频参数集(Video ParameterSet，简称VPS)——包含应用于零个或多个全编码视频序列的语法元素的语法结构。预测单元(Prediction Unit，简称PU)——亮度样本的预测块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的预测块，或者黑白图片的样本的预测块或通过三个单独的色彩平面和用于预测所述预测块样本的语法进行编码的图片的样本的预测块。变换单元(Transform Unit，简称TU)——亮度样本的变换块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的变换块，或者黑白图片的样本的变换块或通过三个单独的色彩平面和用于预测所述变换块样本的语法进行编码的图片的样本的变换块。补充增强信息(supplemental enhancementinformation，简称SEI)——可以插入视频比特流以增强所述视频的使用的额外信息。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，可以用红色差色度分量(chroma component，简称Cr)和蓝色差色度分量(blue difference，简称Cb)来描述。
更具体地，第一方面，本发明涉及一种用于解码编码视频数据的装置，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块。所述装置包括：解码单元，用于解码所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；帧内预测单元，用于基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述帧内预测单元用于当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，以及基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本与拟合平面基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；恢复单元，用于基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复所述当前视频编码块。
因此，提供了一种用于视频编码的改进解码装置，能够在不对信令效率产生不利影响的同时，通过包含基于平面的帧内预测模式提高编码效率。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于基于以下公式之一确定所述偏差测量值EDEV：
Figure BDA0002298934420000051
或
Figure BDA0002298934420000052
其中，N+1表示所述当前视频编码块的相邻视频编码块的参考样本的数量，k表示参考样本索引，Δ[k]由以下公式定义：
其中，prs[k]表示第k个参考样本的样本值，表示第k个拟合样本的拟合样本值。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，当所述偏差测量值EDEV小于预定义的偏差阈值ETHR，所述帧内预测单元用于基于所述偏差测量值EDEV选择所述基于平面的帧内预测模式。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述解码单元用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的偏差阈值ETHR。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于基于所述偏差测量值EDEV并通过确定比率R选择所述基于平面的帧内预测模式，以及当所述比率R小于预定义的比率阈值RTHR时，选择所述基于平面的帧内预测模式，所述帧内预测单元用于基于以下公式之一确定所述比率R：
Figure BDA0002298934420000055
或
Figure BDA0002298934420000056
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述解码单元用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的比率阈值RTHR。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于基于所述多个参考样本并通过基于所述多个参考样本确定拟合平面参数a、b和c来确定所述拟合平面，以使多个拟合样本值
Figure BDA0002298934420000057
由以下公式定义：
Figure BDA0002298934420000058
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，在所述基于平面的帧内预测模式为所述选定的帧内预测模式的情况下，所述帧内预测单元用于使用所述拟合平面生成所述预测视频编码块。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述其它帧内预测模式为DC帧内预测模式、PLANAR帧内预测模式或定向帧内预测模式。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于基于所述选定的帧内预测模式并通过使用位置相关的帧内预测组合(position dependent intra-prediction combination，简称PDPC)机制，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于去除所述多个参考样本的离群值，并基于不含所述离群值的所述多个参考样本，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。
在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述帧内预测单元用于使用RSAF和/或ARSS去除所述多个参考样本的离群值。
第二方面，本发明涉及一种用于解码编码视频数据的相应方法，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块。所述方法包括：解码所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本与拟合平面基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复所述当前视频编码块。
因此，提供了一种用于视频编码的改进解码方法，能够在不对信令效率产生不利影响的同时，通过包含基于平面的帧内预测模式提高编码效率。
根据本发明第二方面所述的解码方法可以由根据本发明第一方面所述的解码装置执行。根据本发明第二方面所述的解码方法的其它特征可以直接从根据本发明第一方面及其不同实现方式所述的解码装置的功能中得到。
第三方面，本发明涉及一种用于编码视频数据的相应装置，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块。所述编码装置包括：帧内预测单元，用于基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式；编码单元，用于生成编码视频数据，其中，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的预测模式或所述其它预测模式已被选择，所述编码视频数据包含相同的预测模式标识。
因此，提供了一种用于视频编码的改进编码装置，能够在不对信令效率产生不利影响的同时，通过包含基于平面的帧内预测模式提高编码效率。
第四方面，本发明涉及一种用于编码视频数据的相应方法，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块。所述编码方法包括：基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式；生成编码视频数据，其中，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式已被选择，所述编码视频数据包含相同的预测模式标识。
因此，提供了一种用于视频编码的改进编码方法，能够在不对信令效率产生不利影响的同时，通过包含基于平面的帧内预测模式提高编码效率。根据本发明第四方面所述的编码方法可以由根据本发明第三方面所述的编码装置执行。
第五方面，本发明涉及一种计算机程序，包括程序代码，用于在计算机上执行时，执行根据第二方面所述的方法或根据第四方面所述的方法。
本发明可以硬件和/或软件的方式来实现。
附图说明
本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：
图1为一实施例提供的编码装置和一实施例提供的解码装置的示意图；
图2为JEM框架的帧内预测模式信令的示意图，其可在一实施例提供的编码装置和一实施例提供的解码装置中实现；
图3为在一实施例提供的解码装置中实现的帧内预测模式选择的第一种实现方式的流程图；
图4为在一实施例提供的解码装置中实现的帧内预测模式选择的第二种实现方式的流程图；
图5为一实施例提供的参考样本与拟合样本的关系示意图；
图6为由一实施例提供的编码装置和/或一实施例提供的解码装置确定的拟合平面的示意图；
图7为包括基于RSAF和/或ARSS进行离群值过滤的另一实施例的流程图；
图8为一实施例提供的一种解码方法的流程图；
图9为一实施例提供的一种编码方法的流程图。
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，所述附图是描述的一部分，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，可以利用其他方面，并可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细的描述并不当作限定，本发明的范围由所附权利要求书界定。
可以理解的是，与所描述的方法有关的内容对于与用于执行方法对应的设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应理解，除非另外具体指出，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可彼此组合。
图1为一实施例提供的用于编码视频数据的编码装置101和一实施例提供的用于解码视频数据的解码装置121的示意图。
所述编码装置101用于编码视频数据，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块，即当前处理的视频编码块，的多个视频编码块，每个视频编码块包括多个具有至少一个样本值或像素值的样本或像素。
在一实施例中，所述当前视频编码块可以是由PU和/或TU形式的子块组成的CU。或者，所述当前视频编码块可以是由TU形式的子块组成的PU。
所述编码装置101包括帧内预测单元105，用于基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式。在一实施例中，所述帧内预测单元105用于基于率失真准则选择选定的帧内预测模式。
进一步地，所述编码装置101包括编码单元103，用于生成编码视频数据，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式已被所述帧内预测单元105选择，所述编码视频数据包含相同的帧内预测模式标识。
在一实施例中，所述编码装置101可以实现为HEVC等标准中所定义的混合编码器，并可以包括图1中未示出的其他组件，例如熵编码器。
所述解码装置121用于对所述编码装置101以比特流等形式提供的所述编码视频数据进行解码。
所述解码装置121包括解码单元123，用于解码所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识。
此外，所述解码装置121包括帧内预测单元125，用于基于所述选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，所述帧内预测单元用于当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，以及基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本503(如图5所示)与拟合平面601(如图6所示)基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差。
此外，所述解码装置121包括恢复单元127(有时也称为变换单元)，用于基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复所述当前视频编码块。
在一实施例中，所述解码装置121可以实现为HEVC等标准中所定义的混合解码器，并可以包括图1中未示出的其他组件。当所述基于平面的帧内预测模式为所述选定的帧内预测模式，所述帧内预测单元125可用于使用所述拟合平面生成所述预测视频编码块。
在以下其它实施例中，将更详细地描述所述编码装置101和所述解码装置121。
图2为JEM框架的帧内预测模式信令的示意图，其可以在一实施例提供的编码装置101和一实施例提供的解码装置121中实现。在所述当前的JEM框架中，可以使用图2所示的机制分别指示每个选定的帧内预测模式。值得注意的是，DC模式(DC_IDX＝＝1)是MPM列表中第二个(位于PLANAR模式之后)默认的帧内预测模式。本发明实施例通过定义帧内预测模式标识DC_IDX可以同时指示基于平面的模式(plane-based mode，简称PbM)以及例如DC模式和PbM，来避免重新设计当前信令机制。在其他实施例中，所述其它帧内预测模式可以是，例如PLANAR帧内预测模式(PLANAR_IDX＝＝0)或定向帧内预测模式，而不是DC模式。如上所述，为了区分这些模式，可以使用图3和图4所示的一种实现方式。
图3为在一实施例提供的解码装置121中实现的帧内预测模式选择的第一种实现方式的流程图。在步骤301中，所述帧内预测单元125检查所述帧内预测模式标识是否指示预先选择所述基于平面的模式和所述其它帧内预测模式。在本例中，所述其它帧内预测模式为DC模式。若是，所述帧内预测单元125可以在另一步骤303中检查所述当前视频编码块是否满足块形状约束。例如，对于一边长度为4的块，所述帧内预测单元125可以始终选择所述DC模式。若所述当前视频编码块满足所述块形状约束，所述帧内预测单元125执行步骤305和307，以检查所述编码视频数据是否包括用于指示使用所述基于平面模式的附加平面标志。若设置了该标志，所述帧内预测单元125使用所述基于平面的帧内预测模式(步骤309b)，否则使用所述DC模式(步骤309a)。
图4为在一实施例提供的解码装置121中实现的帧内预测模式选择的第二种实现方式的流程图。在步骤401中，所述帧内预测单元125检查所述帧内预测模式标识是否指示预先选择所述基于平面的模式和所述其它帧内预测模式。在本例中，所述其它帧内预测模式为DC模式。若是，所述帧内预测单元125可以执行另一步骤403，以检查所述当前视频编码块是否满足块形状约束。例如，对于一边长度为4的块，所述帧内预测单元125可以始终选择所述DC模式。若所述当前视频编码块满足所述块形状约束，所述帧内预测单元125执行步骤405、407和409，以基于所述当前视频编码块的相邻(已预测)视频编码块的多个参考样本生成拟合平面(步骤405)，确定多个参考样本值与所述拟合平面使用偏差测量值提供的拟合样本值之间的偏差或差值(步骤407)，并检查所述偏差测量值，即所述多个参考样本值与所述拟合样本值之间的差值，是否小于预定义的偏差阈值ETHR，所述偏差测量值可以表示为偏差能量EDEV。若是，所述帧内预测单元125使用所述基于平面的帧内预测模式(步骤411b)，否则使用所述DC模式(步骤411a)。
如图4所示，由所述帧内预测单元125确定应选择这两种模式中哪一种，即不引入附加语法元素区分所述DC模式和PbM。该方法的基本思想是，例如通过计算相对于使用所述参考样本生成的所述拟合平面的偏差能量EDEV来估计基于平面的预测的准确性。所述多个参考样本503与所述对应的拟合样本之间的关系如图5所示。
在一实施例中，所述帧内预测单元125用于基于以下公式之一确定所述偏差测量值EDEV：
Figure BDA0002298934420000091
或
Figure BDA0002298934420000092
其中，N+1表示所述当前视频编码块的相邻视频编码块的参考样本503的数量，表示参考样本索引，Δ[k]由以下公式定义：
Figure BDA0002298934420000093
其中，prs[k]表示第k个参考样本的样本值，
Figure BDA0002298934420000094
表示第k个拟合样本的拟合样本值。值得注意的是，因子
Figure BDA0002298934420000095
仅取决于块宽度W和高度H，即，N＝f(W，H)。例如，若使用与待预测块相邻的主参考样本来估计多元线性回归的参数，可以使用N＝W+H。
在一实施例中，当所述偏差测量值EDEV小于预定义的偏差阈值ETHR，所述帧内预测单元125用于基于所述偏差测量值EDEV选择所述基于平面的帧内预测模式。
在一实施例中，所述解码单元123用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的偏差阈值ETHR，所述编码视频数据可以使用SPS指示。
在一实施例中，所述帧内预测单元125用于基于所述偏差测量值EDEV并通过确定比率R选择所述基于平面的帧内预测模式，以及当所述比率R小于预定义的比率阈值RTHR时，选择所述基于平面的帧内预测模式，所述帧内预测单元125用于基于以下公式之一确定所述比率R：
Figure BDA0002298934420000096
或
Figure BDA0002298934420000097
在一实施例中，所述解码单元123用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的比率阈值RTHR，所述编码视频数据可以使用SPS指示。
图6为由所述帧内预测单元125使用基于MLR的模型确定的拟合平面601的示意图。图5所示的所述参考样本503用于估计构建所述拟合平面601的基于MLR模型的回归参数。作为对比，图6也示出了HEVC/H.265标准中DC模式预测的拟合平面。因此，所述帧内预测单元125用于估计多元线性回归(Multiple Linear Regression，简称MLR)的参数，并将所述平面601拟合到所述参考样本503。
在一实施例中，所述帧内预测单元125用于基于所述多个参考样本503并通过基于所述多个参考样本503确定拟合平面参数a、b和c来确定所述拟合平面601，以使多个拟合样本值由
Figure BDA0002298934420000098
以下公式定义：
Figure BDA0002298934420000099
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
在一实施例中，所述帧内预测单元用于基于所述选定的帧内预测模式并通过使用位置相关的帧内预测组合(position dependent intra-prediction combination，简称PDPC)机制，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。在此实施例中，PDPC的第二阶段包括除平面模式、所述DC模式和33种定向模式之外的平面模式及其任何修改。此外，在PDPC的第三阶段，必须调整权重的查找表。关于PDPC机制的更多详细信息可在WO2017/058635中找到，其通过引用完全并入本文。
在一实施例中，所述帧内预测单元125用于去除所述多个参考样本503的离群值，并基于不含所述离群值的所述多个参考样本503，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。例如，所述帧内预测单元125可用于使用RSAF和/或ARSS去除所述多个参考样本的离群值。相应实施例如图7所示。在步骤701中，所述参考样本由参考样本滤波器基于RSAF和/或ARSS处理以抑制离群值。这些滤波后的参考样本还用于导出所述拟合平面的参数(步骤703)。参数值还用于计算所述参考样本位置处的所述拟合平面的值(步骤707)和计算待预测块内的平面值(步骤705)。因此，根据RSAF/ARSS标志的值，使用未滤波或滤波后的参考样本生成所述拟合平面。从原始参考样本中减去步骤707的结果，差值用于使用定义的帧内预测模式为所述块生成差分预测信号(步骤709)。将基于所述拟合平面的拟合值(即，步骤705的结果)与所述差分预测信号(即，步骤709的结果)相结合，以为所述待预测块提供预测信号。
图8为一实施例提供的一种相应解码方法800的流程图。所述解码方法800包括以下步骤：解码801编码视频数据，以提供与当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成803预测视频编码块，其中，当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本与拟合平面基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块，恢复805所述当前视频编码块。
图9为一实施例提供的一种编码方法900的流程图。所述编码方法900包括以下步骤：基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为当前视频编码块生成901预测视频编码块，其中，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式；生成903编码视频数据，其中，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式已被选择，所述编码视频数据包含相同的预测模式标识。
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，只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。而且，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其他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“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”和“示例性地”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”、“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/或等效实施方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。该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，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，所属领域的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，但所属领域的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践本发明。

Claims (16)

1.一种用于解码编码视频数据的装置(121)，其特征在于，所述编码视频数据包括多个帧，并且每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块，所述装置(121)包括：
解码单元(123)，用于解码所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；
帧内预测单元(125)，用于基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述帧内预测单元用于当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，以及基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本(503)与拟合平面(601)基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；恢复单元(127)，用于基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复所述当前视频编码块。
2.根据权利要求1所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于基于以下公式之一确定所述偏差测量值EDEV：
Figure FDA0002298934410000011
或
其中，N+1表示所述当前视频编码块的相邻视频编码块的参考样本(503)的数量，k表示参考样本索引，Δ[k]由以下公式定义：
Figure FDA0002298934410000013
其中，prs[k]表示第k个参考样本的样本值，
Figure FDA0002298934410000014
表示第k个拟合样本的拟合样本值。
3.根据权利要求2所述的装置(121)，其特征在于，当所述偏差测量值小于预定义的偏差阈值ETHR，所述帧内预测单元(125)用于基于所述偏差测量值EDEV选择所述基于平面的帧内预测模式。
4.根据权利要求3所述的装置(121)，其特征在于，所述解码单元(123)用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的偏差阈值ETHR。
5.根据权利要求2所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于基于所述偏差测量值EDEV并通过确定比率R选择所述基于平面的帧内预测模式，以及当所述比率R小于预定义的比率阈值RTHR时，选择所述基于平面的帧内预测模式，所述帧内预测单元(125)用于基于以下公式之一确定所述比率R：
或
Figure FDA0002298934410000016
6.根据权利要求5所述的装置(121)，其特征在于，所述解码单元(123)用于从所述编码视频数据中提取所述预定义的比率阈值RTHR。
7.根据权利要求2至6任一项所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于基于所述多个参考样本(503)并通过基于所述多个参考样本(503)确定拟合平面参数a、b和c来确定所述拟合平面(601)，以使多个拟合样本值
Figure FDA0002298934410000017
由以下公式定义：
Figure FDA0002298934410000018
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
8.根据前述权利要求任一项所述的装置(121)，其特征在于，在所述基于平面的帧内预测模式为所述选定的帧内预测模式的情况下，所述帧内预测单元(125)用于使用所述拟合平面(601)生成所述预测视频编码块。
9.根据前述权利要求任一项所述的装置(121)，其特征在于，所述其它帧内预测模式为DC帧内预测模式、PLANAR帧内预测模式或定向帧内预测模式。
10.根据前述权利要求任一项所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于基于所述选定的帧内预测模式并通过使用位置相关的帧内预测组合(positiondependent intra-prediction combination，简称PDPC)机制，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。
11.根据前述权利要求任一项所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于去除所述多个参考样本(503)的离群值，并基于不含所述离群值的所述多个参考样本(503)，为所述当前视频编码块生成所述预测视频编码块。
12.根据权利要求11所述的装置(121)，其特征在于，所述帧内预测单元(125)用于使用RSAF和/或ARSS去除所述多个参考样本的离群值。
13.一种用于解码编码视频数据的方法(800)，其特征在于，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块，所述方法(800)包括：
解码(801)所述编码视频数据，以提供与所述当前视频编码块相关联的残差视频编码块，并从所述编码视频数据中提取帧内预测模式标识；
基于选定的帧内预测模式为所述当前视频编码块生成(803)预测视频编码块，其中，当所述提取的帧内预测模式标识等于第一预定义的帧内预测模式标识时，预先选择基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式，基于从所述编码视频数据中提取的附加标志(a)或偏差测量值(b)选择所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式，所述偏差测量值量化了所述当前视频编码块的相邻视频编码块的多个参考样本与拟合平面基于所述多个参考样本定义的多个拟合样本的偏差；
基于所述残差视频编码块和所述预测视频编码块恢复(805)所述当前视频编码块。
14.一种用于编码视频数据的装置(101)，其特征在于，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块，所述装置(101)包括：
帧内预测单元(105)，用于基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为所述当前视频编码块生成预测视频编码块，其中，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式；
编码单元(103)，用于生成编码视频数据，其中，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式已被选择，所述编码视频数据包含相同的帧内预测模式标识。
15.一种用于编码视频数据的方法(900)，其特征在于，所述编码视频数据包括多个帧，每个帧可分成包括当前视频编码块的多个视频编码块，所述方法(900)包括：
基于多个帧内预测模式中选定的帧内预测模式，为所述当前视频编码块生成(901)预测视频编码块，其中，所述多个帧内预测模式包括基于平面的帧内预测模式和其它帧内预测模式；
生成(903)编码视频数据，其中，所述编码视频数据包含基于所述预测视频编码块的编码后的视频编码块，所述编码视频数据包含帧内预测模式标识，当所述基于平面的帧内预测模式或所述其它帧内预测模式已被选择，所述编码视频数据包含相同的帧内预测模式标识。
16.一种计算机程序，其特征在于，包括程序代码，用于当在计算机上执行时，执行权利要求13所述的方法(800)或权利要求15所述的方法(900)。
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