CN110771166B - 帧内预测装置和方法、编码、解码装置、存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(100)，用于基于视频信号的帧的当前视频编码块(401)的相邻视频编码块的多个参考样本(403)，对所述当前视频编码块(401)进行帧内预测。所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联。所述装置(100)包括处理单元(101)，用于：基于所述多个参考样本(403)确定拟合平面(501)，其中所述拟合平面(501)定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联；以及基于所述多个参考样本值和所述当前块(401)内在所述参考样本(403)的位置上的所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的样本值。

Description

帧内预测装置和方法、编码、解码装置、存储介质
技术领域
本发明涉及视频编码领域。更具体地，本发明涉及视频编码块的帧内预测的装置和方法以及包含此类帧内预测装置的编码装置和解码装置、存储介质。
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。视频压缩的任务是复杂的，并受到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。
现有视频编码标准基于从源图像到视频编码块的划分。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：帧内预测模式和帧间预测模式。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，并使用前一个或后一个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，通过熵编码器(例如，用于AVC/H.264和HEVC/H.265的基于上下文的自适应二进制算术编码(context-adaptive binary arithmetic coding，简称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的论文《高效视频编码(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)。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。针对帧内预测，相邻块的邻近像素用作参考样本来预测当前块。PU为其包含的所有变换单元(transform unit，简称TU)指定从一组帧内预测模式中选取的预测模式。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。针对TU进行变换编码，即将预测误差通过离散余弦变换或离散正弦变换进行变换 (在HEVC/H.265标准中，其应用于帧内编码块)，并量化。因此，重构的像素包含量化噪声(量化噪声由于诸如单元之间的块效应、响声伪影以及锋利的边缘等而变得明显)。诸如去块效应滤波器(Deblocking Filter，简称DBF)、样本自适应偏移量(Sample Adaptive Offset，简称SAO)滤波器和自适应环路滤波器(Adaptive Loop Filter，简称ALF)等环路滤波器中试图抑制这种噪声。复杂预测编码(例如运动补偿和帧内预测)和分区技术(例如，HEVC/H.265 标准中的CU和PU的四叉树以及TU的残余四叉树以及JEM参考软件JEM-3.0版本之后的四叉树加二叉树)的使用使得标准化委员会能够显著减少PU中的冗余。四叉树(quadtree，简称QT)与四叉树加二叉树(quadtree plus binary tree，简称QTBT)分区机制之间的根本区别在于，后者通过使用基于四叉树和二叉树的分区，不仅可以启用正方形块，还可以启用矩形块。
在H.264/AVC标准中，亮度颜色分量的16x16块可使用四种帧内预测模式。其中一种模式基于平面并且能够预测块内的源信号梯度。使用基于平面的模式来计算待预测像素的公式表示为：
ppred[x,y]＝clip3(0,2n-1,(a+b(x-7)+c(y-7)+16)>>5)
其中，a、b、c是平面(多元回归)参数。值得注意的是，在上述等式中使用了clip3函数
Figure GDA0003308955030000021
在clip3函数中，pmin和pmax分别是对于给定的位深的可能像素的最小值和最大值(例如，对于位深8，pmin＝0且pmax＝255)；
Figure GDA0003308955030000022
和 ppred[x,y]分别是修剪之前和之后在位置[x,y]的预测器的值。
根据HEVC/H.265标准，提供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(帧内预测模式索引范围为2到34)。从JEM-1.0版软件开始，通过将定向帧内预测模式之间的步距角减小一半来将定向帧内预测模式集扩展至65种模式(几乎翻倍)。从上述列出的模式可知，HEVC/H.265 和JEM软件均未采用基于平面的模式。实际上，这种模式已被平面模式所取代，所述平面模式并不总会产生基于平面的预测器。
自适应修剪机制最初由F.Galpin等人于2016年在瑞士举行的第三次JVET会议发表的文献JVET-C0040《JEM2.0的自适应修剪》中提出。自适应修剪机制用于限制从JEM-4.0版本软件开始的块(例如，预测器)中的像素值，正如F.Galpin等人于2016年在中国举行的第四次JVET会议发表的文献JVET-D0033《JEM3.0的EE7自适应修剪》中所论述的那样。该技术使用在编码器侧确定并在比特流(即条带头)中显式发送的修剪边界。修剪边界定义为每个颜色分量的已编码图片的实际最小样本值pmin(C)和最大样本值pmax(C)。在数学上，自适应修剪操作可以表示如下：
Figure GDA0003308955030000023
其中，C是所选颜色分量的索引。与clip3()函数类似，该机制直接应用于，例如，预测器内的像素值。
块预测可以包括以下步骤：生成位于块的尚未重构并且待预测的边上的辅参考样本，即未知像素。这些辅参考样本的值是从主参考样本中得出，而所述主参考样本是从图片先前重建的部分的像素即已知像素中获得。显然，不能使用先前重构的像素来预测图片中首先被解码的块。当待预测块的一边超出图片边界时，会发生相同的情况。在这种情况下，主参考样本是使用一组预定义的规则生成的。在H.265/HEVC标准的情况下，主参考样本的值等于由相应图片颜色平面的位深确定的像素的可能最大值的一半。有不同方法可生成用于预测块的辅参考样本。由于辅参考样本的值取决于主参考样本，因此在计算像素值的预测时可以隐式地执行计算辅参考样本的值的步骤。H.265/HEVC标准的平面帧内预测模式是这种方法的示例。
但是，基于平面的帧内预测模式存在一个主要问题：确定回归(平面)参数时未考虑实际像素值带来的约束。此类像素值是有可能提供给定的位深或已编码图片的实际最小和最大样本值或用于构造平面的参考样本的最小和最大值。因此，当前用于帧内预测的基于平面的模式遭受低压缩效率的困扰。
鉴于以上内容，需要用于视频编码的改进的装置和方法，其能够提高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改进的装置和方法，其能够提高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。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
通常，本发明涉及混合视频编码，尤其是帧内预测。更具体地，本发明通过将任意定向帧内预测机制与基于平面的帧内预测模式(有或无平面参数修剪)相结合来实现帧内预测的改进，提供了比传统的基于平面的定向帧内预测模式更好的编码效率。根据本发明，能够预测块内的定向元素和梯度变化。下面将进一步详细描述本发明提供的帧内预测方法的两种可能的实现方式，其中与传统的基于平面的模式相比，修剪可以同时应用于预测器内的回归(平面)参数和像素值，其中仅预测器内的像素值被修剪。
与传统方法相比，本发明的实施例允许考虑以下情况：传播的(或内插的)参考样本的强度可以沿着选定的帧内预测方向改变。参考样本的强度变化取决于适合主参考样本的平面的倾斜度。预测方向的选择与平面参数无关。
因此，本发明的实施例特别提供了以下优点：第一，通过将本发明的实施例集成到编码解码器中，可以获得额外的编码增益。第二，本发明的实施例可以在与以下内容兼容的混合视频编码范式的许多潜在应用中使用：HM软件和VPX视频编码解码器家族以及JEM 软件和VPX/AV1视频编码解码器家族，即分别为最先进的视频编码框架和下一代视频编码框架。第三，可以在编码器和解码器侧都保持较低的硬件和计算复杂度。最后，本发明的实施例可以容易地在使用传统帧内预测机制的编码解码器中实现。
以下公开内容使用多个术语。在实施例中，这些术语具有以下含义：条带—独立编码/解码的图片的空间上独特的区域。条带头—用于发送与特定条带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M×N(N行M列)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(CTU)网格—用于将像素块划分为宏块以进行视频编码的网格结构。编码单元(CU)—亮度样本的编码块，具有三个样本阵列的图像的色度样本的两个相应的编码块，或单色图片或通过三个单独的色彩平面以及用于对样本进行编码的语法来编码的图片的样本的编码块。图像参数集(PPS)—一种语法结构，包含适用于零或以上个完整已编码图片的语法元素，所述完整已编码图片由每个条带段头中的语法元素确定。序列参数集(SPS)—一种语法结构，包含适用于零或以上个完整已编码视频序列的语法元素，该完整已编码视频序列由在PPS中找到的语法元素的内容所确定，该PPS被每个条带段头中找到的语法元素所引用。视频参数集(VPS)—一种语法结构，包含适用于零或以上个完整已编码视频序列的语法元素。预测单元(PU)—亮度样本的预测块，具有三个样本阵列的图片的色度样本的两个相应的预测块，或单色图片或使用三个单独的色彩平面以及用于对预测块样本进行预测的语法来编码的图片的样本的预测块。变换单元(TU)—亮度样本的变换块，具有三个样本阵列的图片的色度样本的两个相应的变换块，或者单色图片或使用三个单独的色彩平面以及用于对变换块样本进行预测的语法来编码的图片的样本的变换块。补充增强信息(SEI)—可以插入视频比特流以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，可以用红色差色度分量 (Cr)和蓝色差色度分量(Cb)来描述。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种装置，用于基于视频信号的帧的当前视频编码块的一组相邻视频编码块的多个参考样本，对所述当前视频编码块进行帧内预测。所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联。所述装置包括处理单元，用于：基于所述多个参考样本确定拟合平面，其中所述拟合平面定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联；以及基于所述多个参考样本值和所述当前块内在所述参考样本的位置上的所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块的所述多个样本的样本值。
因此，提供了一种用于视频编码的改进的装置，其能够提高帧内预测的编码效率。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述处理单元用于通过基于所述多个参考样本确定拟合平面参数a、b、c来基于所述多个参考样本确定所述拟合平面，使得所述多个拟合样本值
Figure GDA0003308955030000041
由以下等式定义：
Figure GDA0003308955030000042
其中，x,y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述处理单元用于执行多线性回归，尤其是最小二乘法，以基于所述多个参考样本来确定所述拟合平面参数。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述处理单元还用于，在所述拟合平面参数a、b和/或c位于拟合平面参数各自预定义允许范围之外的情况下，修剪所述拟合平面参数 a、b和/或c。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，为了基于所述多个参考样本值和所述多个拟合样本值，针对所述选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块的所述多个样本的样本值，所述处理单元用于：为每个参考样本确定所述参考样本值和所述参考样本值对应的拟合样本值之间的参考偏移值；至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式，为所述当前视频编码块的所述多个样本的各样本值确定各样本传播/内插偏移值；以及基于所述各样本传播/内插偏移值和各拟合样本的拟合样本值，生成各样本值。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述处理单元用于通过将所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值相加来基于所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值生成所述各样本值。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述处理单元用于至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式来预测每个样本位置处的所述各样本传播/内插偏移值，其中所述选定方向帧内预测模式由HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准定义。
在第一方面的进一步可能的实现形式中，所述当前视频编码块的所述一组相邻视频编码块包括在所述当前视频编码块上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块左侧的视频编码块。
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。所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述编码装置包括：根据第一方面所述的帧内预测装置，用于提供预测的视频编码块；以及
编码单元，用于基于所述预测的视频编码块对所述当前视频编码块进行编码。
因此，提供了一种用于视频编码的改进的编码装置，其能够提高帧内预测的编码效率。
根据第三方面，本发明涉及一种用于对视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码的解码装置。所述已编码视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述解码装置包括：根据第一方面所述的帧内预测装置，用于提供预测的视频编码块；以及恢复单元，用于基于已编码视频编码块和所述预测的视频编码块来恢复视频编码块。
因此，提供了一种用于视频编码的改进的解码装置，其能够提高帧内预测的解码效率。
根据第四方面，本发明涉及一种方法，用于基于视频信号的帧的当前视频编码块的一组相邻视频编码块的多个参考样本，对所述当前视频编码块进行帧内预测。所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联。
所述方法包括：基于所述多个参考样本确定拟合平面，其中所述拟合平面定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联；以及基于所述多个参考样本值和所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块的所述多个样本的样本值。
因此，提供了一种用于视频编码的改进的方法，其能够提高帧内预测的编码效率。
根据本发明第四方面所述的帧内预测方法可以由根据本发明第一方面所述的帧内预测装置执行。根据本发明第四方面所述的方法的进一步特征可以直接从根据本发明第一方面及其不同实现形式所述的帧内预测装置的功能中得到。
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本发明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示出了一个实施例提供的一种帧内预测装置的示意图；
图2示出了一个实施例提供的一种编码装置和一个实施例提供的一种解码装置的示意图；
图3示出了一个实施例提供的一种帧内预测方法的示意图；
图4A示出了一个实施例提供的帧内预测装置待预测的视频编码块的示意图；
图4B示出了一个实施例提供的由帧内预测装置确定的拟合平面的示意图；
图5示出了一个实施例提供的由帧内预测装置确定的偏移值的示意图；
图6示出了一个实施例提供的示出帧内预测装置的不同方面的视频编码块的示意图；
图7示出了一个实施例提供的示出帧内预测装置的不同方面的视频编码块的示意图；
图8示出了一个实施例提供的示出帧内预测装置的不同方面的视频编码块的示意图。
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示出了一个实施例提供的一种帧内预测装置100的示意图。
进一步参考图4A，所述帧内预测装置100用于基于视频信号的帧的当前视频编码块401的一组相邻视频编码块的多个参考样本403，对所述当前视频编码块401进行帧内预测。所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联。
从图1可以看出，所述帧内预测装置100包括处理单元101，用于基于所述多个参考样本403确定拟合平面501(如图4B所示)，其中所述拟合平面501定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联。所述处理单元101用于基于所述多个参考样本值和所述当前块401内在所述参考样本403的位置上的所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405的样本值。
从图4A、图6、图7和图8可以看出，在一个实施例中，所述当前视频编码块401 的所述一组相邻视频编码块包括在所述当前视频编码块401上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块401左侧的视频编码块。
以下将描述所述帧内预测装置100的进一步的实施例。
图2示出了一个实施例提供的编码装置201和一个实施例提供的解码装置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401进行编码，其中所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与样本值相关联。所述编码装置201包括图1所示的所述帧内预测装置100，用于提供预测的视频编码块，以及编码单元203，用于基于所述预测的视频编码块对所述当前视频编码块401进行编码并且，例如，以比特流的形式提供已编码的当前视频编码块。以下将描述所述编码装置201的进一步的实施例。在一个实施例中，所述编码装置201可以实现为，例如，HEVC标准中所定义的混合编码器，并且可以包括其它组件，如熵编码器。
所述解码装置211用于对包含在所述编码装置201提供的所述比特流中的视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码，其中所述已编码视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述解码装置211包括图1所示的所述帧内预测装置100，用于提供预测的视频编码块，以及恢复单元213，用于基于所述已编码视频编码块和所述预测的视频编码块来恢复视频编码块。以下将描述所述解码装置211的进一步的实施例。在一个实施例中，所述解码装置211可以实现为，例如，HEVC标准中所定义的混合解码器，并且可以包括其它组件，如用于基于所述已编码视频编码块提供残余视频编码块的解码单元。
图3示出了一个实施例提供的一种方法300的示意图，所述方法300用于基于视频信号的帧的当前视频编码块401的一组相邻视频编码块的多个参考样本403，对所述当前视频编码块401进行帧内预测。所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联。
所述帧内预测方法300包括步骤301：基于所述多个参考样本403确定拟合平面501，其中所述拟合平面501定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联。
另外，所述帧内预测方法300包括步骤303：基于所述多个参考样本值和所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405的样本值。以下将描述所述帧内预测方法300的进一步的实施例。
在本发明的第一实现形式中，可以由上述图1中所述的帧内预测装置100的所述处理单元101执行所述帧内预测方法300。所述帧内预测装置100的第一实现形式的详细步骤将在下面进一步讨论。
图4A示出了一个实施例提供的示例性的当前视频编码块401的示意图，其示出了所述帧内预测装置100和所述帧内预测方法300的方面，特别是参考像素(也称为样本)403与帧内预测出的像素或样本之间的关系，其中所述当前处理的视频编码块401的像素或样本，即当前处理的像素/样本，由较深的灰色阴影标识，而所述参考像素/样本403由带点的正方形标识。
对于图4A所示的所述示例性的当前视频编码块401，所述参考像素或样本403为所述当前视频编码块401上方的像素行中的像素以及所述当前视频编码块401左侧的像素列中的像素，以下也将其称为“主参考像素或样本”403。因此，在图4A所示的实施例中，所述主参考像素403属于已被帧内预测出的即由所述帧内预测装置100处理过的相邻视频编码块。
图4B示出了由所述处理单元101使用基于MLR的模型预测的拟合平面501的示意图，其中如图4A所示的主参考样本403用于估计所述基于MLR的模型的回归参数以构建所述拟合平面501。作为比较，通过HEVC/H.265标准中的DC模式预测出的拟合平面也显示在图4B中。因此，所述处理单元101用于估计多线性回归(MLR)参数，并将平面501拟合至所述主参考样本403(步骤1)。
更具体地，在一个实施例中，所述处理单元101用于通过基于所述多个参考样本403确定拟合平面参数a、b、c来基于所述多个参考样本403确定所述拟合平面501，使得所述多个拟合样本值
Figure GDA0003308955030000071
由以下等式定义：
Figure GDA0003308955030000072
其中，x,y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
在步骤1中，可以将不同的方法用于多线性回归(Multiple Linear Regression，简称 MLR)。例如，在一个实施例中，所述处理单元101用于执行多线性回归，尤其是最小二乘法，以基于所述多个参考样本403来确定所述拟合平面参数。这种众所周知的适用的最小二乘法提供了此类回归参数值。这些值可以最小化用于估计回归参数的数据(即主参考样本403) 与使用上述等式计算的在对应于所述主参考样本403的位置的值之间的误差平方和。实际上，此步骤可以类似于H.264/AVC标准中采用的基于平面的模式。
在步骤2中，所述处理单元101可以可选地修剪所述平面(回归)参数，因为不能保证在步骤1中估计的参数落在实际范围内。因此，可以发现在步骤2中执行它们的修剪是可行的。此外，可以应用预定义的阈值，使得参数a，b和c不超过相应预定义的阈值。
因此，在一个实施例中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101还用于，在所述拟合平面参数a、b和/或c位于拟合平面参数各自预定义允许范围之外的情况下，修剪所述拟合平面参数a、b和/或c。
在步骤3中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于使用修剪的平面参数(步骤2的结果)来计算在参考样本601(如图6所示)的位置处的梯度信号值。所述参考样本601为所述当前视频编码块401下方的像素行中的像素和所述当前视频编码块401右侧的像素列中的像素，在下文中也被称为“辅参考样本”601，即
Figure GDA0003308955030000073
在步骤4中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101还用于使用修剪的平面参数(步骤2的结果)来计算在主参考样本403即
Figure GDA0003308955030000074
的位置处的梯度信号值。
在步骤5中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于从主参考样本403的实际值中减去前一步骤的结果，即所述主参考样本403的梯度信号值，如图5所示。因此，图5示出了一个实施例的示意图。其中，为了基于所述多个主参考样本403和所述多个拟合样本针对所述选定方向帧内预测模式生成所述多个辅参考样本601，所述处理单元101用于针对各主参考样本确定在主参考样本值和主参考样本值对应的拟合样本值之间各主偏移值。所述主偏移值、所述主参考样本值和所述对应的拟合样本值分别由图5中带有斜条纹、点和垂直条纹的正方形表示。
所述主参考样本值和所述主参考样本值对应的拟合样本值之间的所述偏移值可以通过以下等式明确表示：
Figure GDA0003308955030000081
其中，pprs和
Figure GDA0003308955030000082
表示实际的和生成的主参考样本值。
在进一步的步骤中，所述处理单元101用于至少基于所述多个主偏移值的子集和所述选定帧内预测模式在各辅参考样本位置处预测各辅偏移值，并基于所述各辅偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值生成各辅参考样本值，其分别实现为步骤6和步骤7，并结合下文图6进行说明。图6示出了本发明实施例提供的主参考像素403、辅参考像素601和帧内预测出的像素之间的关系。
在图6中，灰色正方形像素表示所述示例性的当前处理的视频编码块401。对于图6所示的所述示例性的当前视频编码块401，所述主参考像素403pprs是所述当前视频编码块401上方的像素行中的像素和所述当前视频编码块401左侧的像素列中的像素。此外，所述辅参考像素601psrs是所述当前视频编码块401下方的像素行中的像素和所述当前视频编码块401右侧的像素列中的像素。
图6将以下情况作为示例示出：所述帧内预测装置100基于选定方向帧内预测模式将实际主参考样本403与生成的主参考样本之间的偏移值传播到图6中带锯齿的正方形所标识的辅参考样本601的位置上。在一个实施例中，可以通过使用子像素插值机制的定向帧内预测来执行传播，其中传播方向由为待预测块定义的帧内预测模式所定义。
图6进一步将以下情况作为示例示出：在步骤7中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于通过将所述各辅偏移值与所述各拟合样本的拟合样本值相加来基于所述各辅偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值来生成所述各辅参考样本值。
进一步地，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于至少基于所述多个主偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式来预测每个辅参考样本位置处的各辅传播偏移值，其中所述选定方向帧内预测模式由HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准定义。
最后，在步骤8中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于预测所述当前处理的视频编码块401的所述样本405(即当前处理的样本405)的样本值。
图7示出了一个实施例提供的示例性的当前视频编码块401，其示出了所述帧内预测装置100和所述帧内预测方法300的方面，特别是主参考像素403，辅参考像素601和帧内预测出的像素之间的关系，其中灰色正方形像素表示所述示例性的当前处理的视频编码块401，而带点和锯齿的正方形分别表示所述主参考样本403和所述辅参照样本601。
在一个实施例中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于基于所述多个主参考样本值和所述多个辅参考样本值通过平面帧内预测模式预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405的样本值。
在一个实施例中，所述处理单元101用于基于各主参考样本值和各辅参考样本值的加权和来预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405中各样本的样本值。
进一步地，在所述各主参考样本值和各辅参考样本值的加权和中，所述处理单元101用于将所述各主参考样本值和所述各辅参考样本值加权为各主参考样本和各样本之间的距离(dprs)以及各辅参考样本和各样本的距离(dsrD)的函数，如图7所示，其又称为“距离加权定向帧内预测”(distance-weighted directional intra prediction，简称DWDIP)。
在本发明的第二实现形式中，可以进行所述当前视频编码块401的帧内预测，而无需计算在所述辅参考样本601位置处的梯度信号值的步骤。下面将进一步讨论可以由所述帧内预测装置100的所述处理单元101执行的本发明的第二实现形式中的详细步骤。以下所述参考样本403仅指所述主参考样本403，即所述当前视频编码块401上方的像素行中的像素和所述当前视频编码块401左侧的像素列中的像素。
所述第二实现形式的步骤1至4基本上与上述第一实现形式的步骤相似，并且可以总结如下：首先，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于估计多线性回归(MultipleLinear Regression，简称MLR)参数，然后将平面501拟合到所述参考样本403(步骤1)。在步骤2和3中，所述处理单元101可以选择性地修剪平面(回归)参数，然后使用修剪的平面参数来计算所述参考样本403位置处的梯度信号值。在步骤4中，所述处理单元101用于为每个参考样本403确定参考样本值和参考样本值对应的拟合样本值之间的各参考偏移值。
所述第二实现形式的步骤5至7在对所述当前视频编码块401的所述多个样本405的样本值进行帧内预测的方面上与所述第一实现形式的步骤有本质上的不同。下文将结合图 8说明步骤5至7。
图8示出了一个实施例提供的示例性的当前视频编码块401，其示出了所述帧内预测装置100和所述帧内预测方法300的方面，特别是所述参考像素403与待帧内预测的所述当前视频编码块401的所述多个样本405之间的关系，其中灰色正方形表示所述示例性的当前处理的视频编码块401，而带点的正方形表示所述参考样本403。
在步骤5中，所述处理单元101用于至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式，为所述当前视频编码块401的所述多个样本405的各样本值确定各样本传播/内插偏移值。
在一个实施例中，所述处理单元101用于至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式来预测每个样本位置处的所述各样本传播/内插偏移值，其中所述选定方向帧内预测模式由HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准定义。
在步骤6中，所述处理单元101用于使用修剪的平面参数来确定待预测的所述块401内每个样本位置处的各拟合样本的拟合样本值。更具体地，在一个实施例中，所述处理单元101用于通过以下等式计算在所述块内每个样本位置处的各拟合样本的拟合样本值
Figure GDA0003308955030000091
Figure GDA0003308955030000092
其中，x,y表示拟合样本的位置，参数a、b和c为拟合平面参数。
在步骤7中，所述处理单元101用于通过将所述各样本传播/内插偏移值(即步骤5的结果)和所述各拟合样本的拟合样本值(即步骤6的结果)相加来基于所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值生成所述各样本值。更具体地，在一个实施例中，所述处理单元101用于通过以下等式对所述当前视频编码块401的所述多个样本405进行帧内预测：
Figure GDA0003308955030000093
其中，Δpred[x,y]表示所述传播/内插偏移值，
Figure GDA0003308955030000094
表示所述当前视频编码块401 内每个样本的拟合样本值。
在进一步的实施例中，所述处理单元101用于立即将DWDIP插值机制或位置相关帧内预测组合(position dependent intra prediction combination，简称PDPC)预测机制应用于差值Δ[k]，即确定的差值Δ[k]和Δpred[x,y]由DWDIP或PDPC处理，分别作为参考样本和预测出的像素。例如，在图5公开的实施例中，所述传播步骤可以由使用Δ[k]作为参考样本的DWDIP插值机制代替。在这种情况下，应将DWDIP机制配置为能够内插负值。类似地，在图8所示的实施例的步骤5之后，可以通过PDPC来处理所述传播的差值Δpred[x,y]。关于PDPC机制的更多细节可以在WO 2017/058635中找到，其通过引用完全并入本文。
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”，“例如”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，但所属领域的技术人员应了解，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 (17)

1.一种帧内预测装置(100)，用于基于视频信号的帧的当前视频编码块(401)的相邻视频编码块的多个参考样本(403)，对所述当前视频编码块(401)进行帧内预测，其特征在于，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联，所述装置(100)包括：
处理单元(101)，用于：
基于所述多个参考样本(403)确定拟合平面(501)，其中所述拟合平面(501)定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联；以及
基于所述多个参考样本值和所述当前块(401)内在所述参考样本(403)的位置上的所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的样本值；
其中，为了基于所述多个参考样本值和所述多个拟合样本值，针对所述选定方向帧内预测模式预测所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的样本值，所述处理单元(101)用于：
为每个参考样本确定所述参考样本值和所述参考样本值对应的拟合样本值之间的参考偏移值；
至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式，为所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的各样本值确定各样本传播/内插偏移值；以及
基于所述各样本传播/内插偏移值和各拟合样本的拟合样本值，生成各样本值。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于通过基于所述多个参考样本(403)确定拟合平面参数a、b、c来基于所述多个参考样本(403)确定所述拟合平面(501)，使得所述多个拟合样本值
Figure FDA0003312569330000011
由以下等式定义：
Figure FDA0003312569330000012
其中，x,y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于执行多线性回归，以基于所述多个参考样本(403)来确定所述拟合平面参数。
4.根据权利要求3所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)还用于，在所述拟合平面参数a、b和/或c位于拟合平面参数各自预定义允许范围之外的情况下，修剪所述拟合平面参数a、b和/或c。
5.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于通过将所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值相加来基于所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值生成所述各样本值。
6.根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式来预测每个样本位置处的所述各样本传播/内插偏移值，其中所述选定方向帧内预测模式由HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准定义。
7.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述当前视频编码块(401)的所述相邻视频编码块包括在所述当前视频编码块(401)上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块(401)左侧的视频编码块。
8.一种用于对视频信号的帧的当前视频编码块(401)进行编码的编码装置(201)，其特征在于，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与样本值相关联，所述编码装置(201)包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测的视频编码块；以及
编码单元(203)，用于基于所述预测的视频编码块对所述当前视频编码块(401)进行编码。
9.一种用于对视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码的解码装置(211)，其特征在于，所述已编码视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联，所述解码装置包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测的视频编码块；以及
恢复单元(213)，用于基于已编码视频编码块和所述预测的视频编码块来恢复视频编码块。
10.一种帧内预测方法(300)，用于基于视频信号的帧的当前视频编码块(401)的相邻视频编码块的多个参考样本(403)，对所述当前视频编码块(401)进行帧内预测，其特征在于，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与样本值和在所述帧内的位置相关联，所述方法(300)包括：
基于所述多个参考样本(403)确定(301)拟合平面(501)，其中所述拟合平面(501)定义了多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和在所述帧内的位置相关联；以及
基于所述多个参考样本值和所述多个拟合样本值，针对选定方向帧内预测模式预测(303)所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的样本值；
为每个参考样本确定所述参考样本值和所述参考样本值对应的拟合样本值之间的参考偏移值；
至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式，为所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的各样本值确定各样本传播/内插偏移值；以及
基于所述各样本传播/内插偏移值和各拟合样本的拟合样本值，生成各样本值。
11.根据权利要求10所述的方法(300)，其特征在于，所述方法包括：
通过基于所述拟合平面参数a、b、c来基于所述多个参考样本(403)确定所述拟合平面(501)，使得所述多个拟合样本值
Figure FDA0003312569330000021
由以下等式定义：
Figure FDA0003312569330000022
其中，x,y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
12.根据权利要求11所述的方法(300)，其特征在于，所述方法包括：
执行多线性回归，以基于所述多个参考样本(403)来确定所述拟合平面参数。
13.根据权利要求12所述的方法(300)，其特征在于，所述方法还包括：
在所述拟合平面参数a、b和/或c位于拟合平面参数各自预定义允许范围之外的情况下，修剪所述拟合平面参数a、b和/或c。
14.根据权利要求10所述的方法(300)，其特征在于，所述方法包括：
通过将所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值相加来基于所述各样本传播/内插偏移值和所述各拟合样本的拟合样本值生成所述各样本值。
15.根据权利要求14所述的方法(300)，其特征在于，所述方法包括：
至少基于所述多个参考偏移值的子集和所述选定方向帧内预测模式来预测每个样本位置处的所述各样本传播/内插偏移值，其中所述选定方向帧内预测模式由HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准定义。
16.根据权利要求10所述的方法(300)，其特征在于，所述当前视频编码块(401)的所述相邻视频编码块包括在所述当前视频编码块(401)上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块(401)左侧的视频编码块。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序代码，用于在计算机上运行时执行根据权利要求10-16任一项所述的方法。
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Atsuro Ichigaya等.Description of video coding technology proposal by NHK and Mitsubishi(JCTVC-A122).《Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC)1st Meeting: Dresden, DE, 15-23 April, 2010》.2012, *
Description of video coding technology proposal by NHK and Mitsubishi(JCTVC-A122);Atsuro Ichigaya等;《Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC)1st Meeting: Dresden, DE, 15-23 April, 2010》;20120319;正文第15-17页第2.4章节和图2-7 *

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