CN110786014A - 用于视频编码的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(100)，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，所述帧包括多个样本，每个样本与样本值和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确定初步拟合平面，其中，所述初步拟合平面由一组初步拟合平面参数定义；将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数；基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定调整后的拟合平面，其中，所述调整后的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所述帧内的位置相关联；基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测所述当前视频编码块的样本。

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。
视频压缩任务复杂，并受到两个相互冲突的参数的约束：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。
现有视频编码标准是将源图片划分成视频编码块。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-T H.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)公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可以进一步划分为更小的CU或预测单元(prediction 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表示通过使用为PU指定的运动向量的运动补偿进行处理的像素的面积。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对预测误差进行变换(在HEVC/H.265标准中，将其应用于帧内编码块)并进行量化。因此，重构像素包括去块滤波器(Deblocking Filter，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版本JEM-3.0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中的冗余。四叉树(quadtree，简称QT)和四叉树加二叉树(quadtree plus binarytree，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等式如下所示：
ppred[x，y]＝clip3(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，在上面的等式中使用了clip3函数
Figure BDA0002322747700000021
在clip3函数中，pmin和pmax分别是对于给定位深可能的像素的最小值和最大值(例如，对于位深8，pmin＝0，pmax＝255)；
Figure BDA0002322747700000022
和ppred[x，y]分别是修剪前后在位置[x，y]的预测值。
根据HEVC/H.265标准，有35种帧内预测模式可用，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软件开始，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，该模式被平面模式所代替，该平面模式并不总是导致基于平面的预测。
正如在F.Galpin等人所著的“JEM3.0中的EE7自适应修剪”，即2016年中国第四届JVET会议的内容JVET-D0033，中所讨论的那样，自适应修剪机制最初是在由F.Galpin等人所著的“JEM2.0中的自适应修剪”，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，即分片头，中显式指示的修剪边界。修剪边界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)。在数学上，自适应修剪运算可以表示如下：
其中，C是所选颜色分量的索引。与clip3()函数类似，该机制例如直接应用在预测块内的像素值。
块预测可包括生成位于块的尚未重建且待预测的侧面上的辅助参考样本，即未知像素。这些辅助参考样本的值是从主要参考样本中得出的，主要参考样本是从图片的先前重建部分的像素，即已知像素，中获得的。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。在待预测块的一侧超出图片边界的情况下，也会发生相同的情况。在这种情况下，使用预定义一组规则生成主要参考样本。在H.265/HEVC标准下，它们被赋值，该值等于由相应图片色彩平面的位深确定的像素的最大可能值的一半。可以用不同的方法生成用于预测块的辅助参考样本。由于辅助参考样本的值依赖于主要参考样本，所以当预测像素值时，可以隐式地计算辅助参考样本。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：在确定回归(平面)参数时没有考虑实际像素值带来的约束。因此，当前基于平面的帧内预测模式的压缩效率低。
基于上述情况，需要改进用于视频编码的设备和方法，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一种用于视频编码的改进设备和方法，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。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，本发明通过将先前在H.264/AVC标准中使用的基于平面的帧内预测模式与修剪平面参数的机制相结合，提供了改进后的帧内预测，与传统的基于平面的帧内预测模式相比，其编码效率更高。根据本发明，对平面参数进行修剪，以避免平面参数的先验不可能的值。
与传统方法相反，本发明实施例允许将修剪操作应用于平面(回归)参数以及基于平面的模式生成的预测块中的像素值。可以例如通过以下方式定义修剪平面(回归)参数的约束：对于给定的位深可能的像素值(例如，对于位深8，pmin＝0，pmax＝255)；编码图片中出现的实际最小和最大样本值；和/或用于生成拟合平面的参考样本的最小值和最大值。
因此，本发明实施例尤其提供以下优点：首先，通过将本发明实施例集成到编解码器中，可获得额外编码增益。其次，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JEM软件和VPX/AV1视频编解码器系列，即分别为现有视频编码框架和下一代视频编码框架。第三，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。最后，在采用传统的帧内预测机制的编解码器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。图片参数集(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，所述帧包括多个样本，每个样本与样本值和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初步拟合平面，其中，所述初步拟合平面由一组初步拟合平面参数定义；将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数；基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定调整后的拟合平面，其中，所述调整后的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所述帧内的位置相关联；基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测所述当前视频编码块的样本。
因此，提供了一种用于视频编码的改进装置，可以提高帧内预测的编码效率。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元用于通过基于所述多个参考样本确定所述一组拟合平面参数来基于所述多个参考样本确定所述拟合平面，其中，所述一组拟合平面参数包括第一拟合平面参数a、第二拟合平面参数b和第三拟合平面参数c，以使多个拟合样本值
Figure BDA0002322747700000041
由以下等式定义：
Figure BDA0002322747700000042
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元用于执行多元线性回归，尤其是最小二乘法，以基于所述多个参考样本确定所述拟合平面参数。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b，并调整所述第三拟合平面参数c：
Figure BDA0002322747700000043
其中，
Figure BDA0002322747700000044
表示调整后的第三拟合平面参数，N表示参考样本数，prs[i]表示位置x，y处的参考样本值，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b，并调整所述第三拟合平面参数c：
aCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LW)，kw·Kmax(CC，LW)，a(CC))
bCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LH)，kw·Kmax(CC，LH)，b(CC))，
其中，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数，clip3()表示修剪函数，kw表示加权因子，CC表示颜色分量，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的块侧的长度(下标定义了块的哪一侧，即W和H指向参考样本的水平/上方和垂直/左侧)，最大绝对值Kmax(CC，L)由以下等式定义：
其中，Vmax(CC)表示最大样本值，Vmin(CC)表示最小样本值，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的宽度。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述最大样本值Vmax(CC)是第一相邻视频编码块的参考样本的最大值，所述最小样本值Vmin(CC)是所述第一相邻视频编码块的参考样本的最小参考样本值。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述最大样本值Vmax(CC)是所述帧的样本的最大值，所述最小参考样本值Vmin(CC)是所述帧的样本的最小值。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述处理单元用于自动确定各个预定义的允许参数值范围。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元还用于在样本值超出预定义的样本值范围的情况下，修剪基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本预测的样本。
在第一方面的另一可能的实现方式中，所述处理单元用于修剪所述拟合平面参数，使得调整后的拟合平面值位于由所述帧的样本的最小和最大样本值所定义和/或由所述参考样本的最大和最小样本值所定义的位深值范围内。
在第一方面的另一可能的实现方式中，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。
第二方面，本发明涉及一种编码装置，用于对视频信号的帧的当前视频编码块进行编码，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：根据第一方面的帧内预测装置，用于提供预测的视频编码块；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编码装置，可以提高帧内预测的编码效率。
第三方面，本发明涉及一种解码装置，用于对视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码，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：根据第一方面的帧内预测装置，用于提供预测的视频编码块；恢复单元，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恢复视频编码块。
因此，提供了一种用于视频编码的改进解码装置，可以提高帧内预测的解码效率。
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，所述帧包括多个样本，每个样本与样本值和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初步拟合平面，其中，所述初步拟合平面由一组初步拟合平面参数定义；将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数；基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定调整后的拟合平面，其中，所述调整后的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所述帧内的位置相关联；基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测所述当前视频编码块的样本。
因此，提供了一种用于视频编码的改进方法，可以提高帧内预测的编码效率。
可以通过本发明第一方面的帧内预测装置来执行本发明第四方面的帧内预测方法。本发明第四方面的帧内预测方法的其他特征直接源于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。
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，执行第四方面的方法。
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示出了一实施例提供的帧内预测装置的示意图；
图2示出了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3示出了一实施例提供的帧内预测方法的示意图；
图4A示出了一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示出了一实施例提供的帧内预测装置确定的拟合平面的示意图；
图5示出了一实施例提供的帧内预测装置确定的拟合平面参数的约束值的示意图。
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。
具体实现方式
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示出了一实施例提供的帧内预测装置100的示意图。
参考图4A，所述帧内预测装置100用于基于当前视频编码块401的一组相邻视频编码块的多个参考样本403，对视频信号的帧的所述当前视频编码块401进行帧内预测，所述帧包括多个样本405，每个样本与样本值和所述帧内的位置相关联。
如图1所示，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确定初步拟合平面501(如图4B所示)，其中，所述初步拟合平面501由一组初步拟合平面参数定义；将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数。
所述处理单元101还用于基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数，即所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数，确定调整后的拟合平面。所述调整后的拟合平面定义多个拟合样本，其中，每个拟合样本与拟合样本值和所述帧内的位置相关联。所述处理单元101用于基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测所述当前视频编码块401的样本，例如图4a所示的样本405。
如图4A和5所示，作为一实施例，所述当前视频编码块401的所述一组相邻视频编码块包括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。
下面将描述所述帧内预测装置100的其他实施例。
图2示出了一实施例提供的编码装置201和一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，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所示的帧内预测装置100，用于提供预测的视频编码块；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进行编码并以比特流等形式提供所述已编码的当前视频编码块。下面将进一步描述所述编码装置201的其他实施例。作为一实施例，所述编码装置201可以实现为HEVC等标准中所定义的混合编码器，并可以包括其他组件，例如熵编码器。
所述解码装置211用于对视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码，所述视频信号包含在由所述编码装置201提供的比特流中，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中所示的帧内预测装置100，用于提供预测的视频编码块；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恢复视频编码块。下面将进一步描述所述解码装置211的其他实施例。作为一实施例，所述解码装置211可以实现为HEVC等标准中所定义的混合解码器，并且可以包括其他组件，例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示出了一实施例提供的方法300的示意图，所述方法用于基于当前视频编码块401的一组相邻视频编码块的多个参考样本403，对视频信号的帧的所述当前视频编码块401进行帧内预测，所述帧包括多个样本405，每个样本与样本值和所述帧内的位置相关联。
所述帧内预测方法300包括步骤301，用于基于所述多个参考样本405确定初步拟合平面501，其中，所述初步拟合平面501由一组初步拟合平面参数定义。
此外，所述帧内预测方法300包括步骤303，用于将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数。
最后，所述帧内预测方法300包括步骤305，用于基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定调整后的拟合平面，其中，所述调整后的拟合平面定义多个拟合样本，每个拟合样本与拟合样本值和所述帧内的位置相关联，以及步骤307，用于基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本预测所述当前视频编码块401的样本405。下面将进一步描述所述帧内预测方法300的其他实施例。
根据本发明的一实施例，可以由上述图1中提到的帧内预测装置100的处理单元101执行所述帧内预测方法300。下面将进一步描述所述方法300在所述帧内预测装置100中的实现形式的详细步骤。
图4A示出了一实施例提供的示例性当前视频编码块401的示意图，其示出了帧内预测装置100和帧内预测方法300的方面，尤其是参考样本(也称为像素)403与帧内预测样本或像素之间的关系，其中，当前处理的视频编码块401的像素，即当前处理的像素405，由具有菱形图案的正方形标识，参考像素403由正方形标识。
对于图4A所示的示例性当前视频编码块401，所述参考样本或像素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。因此，在图4A所示的实施例中，所述参考像素403属于相邻视频编码块，其已经被帧内预测，即由所述帧内预测装置100处理。
图4B示出了处理单元101使用例如基于MLR的模型预测的初步拟合平面501的示意图。如图4A所示的参考样本403用于估计用于构建所述初步拟合平面501的基于MLR的模型的回归参数。作为比较，图4B也示出了HEVC/H.265标准中DC模式预测的拟合平面。因此，所述处理单元101用于基于多元线性回归(Multiple Linear Regression，简称MLR)估计一组初步参数，并将所述初步平面501拟合至所述参考样本403(步骤1)。
更具体地，作为一实施例，所述处理单元101用于通过基于所述多个参考样本403确定一组拟合平面参数来基于所述多个参考样本403确定所述拟合平面501，其中，所述一组拟合平面参数包括第一拟合平面参数a、第二拟合平面参数b和第三拟合平面参数c，以使多个拟合样本值由以下等式定义：
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
在步骤1中，可以使用不同的方法进行多元线性回归(MLR)。例如，作为一实施例，所述处理单元101用于执行多元线性回归，尤其是最小二乘法，用于基于所述多个参考样本403确定所述拟合平面参数。该公知最小二乘法提供了能够使得用于估计回归参数的数据(即所述参考样本403)与使用上述等式在与所述参考样本403对应的位置处计算出的值之间的误差平方和最小化的回归参数值。实际上，该步骤可以与H.264/AVC标准中采用的基于平面的模式类似。
在步骤2中，所述处理单元101用于将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数。
作为一实施例，所述处理单元101用于修剪所述拟合平面参数，使得调整后的拟合平面值位于由所述帧的样本的最小和最大样本值所定义和/或由所述参考样本的最大和最小样本值所定义的位深值范围内。
进一步地，根据一实施例，所述处理单元101还可以用于自动确定各个预定义的允许参数值范围。
步骤2的基本思想是限制回归参数a和b的值，该回归参数定义了拟合平面相对于xy平面的倾斜度，如图4B所示。下面将结合图5进一步描述修剪所述拟合平面(回归)参数a和b的详细实施例。
图5以下面的情况为例，其中，所述帧内预测装置100将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数a和b修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值。在图5中，当前处理的高度为H以及宽度为W的视频编码块401的像素，即当前处理的像素405，由具有菱形图案的正方形标识，参考像素或样本403由正方形标识。
如图5所示，可以对回归参数a和b施加的约束遵循例如基于梯度的预测模型。在理想情况下，当所述当前视频编码块401上方的样本行或所述当前视频编码块401左侧的样本列中的参考样本403线性变化时，可以通过以下等式计算落差，即坐标(0，0)处的参考样本与水平和垂直侧末端的参考样本之间的差值ΔVw(Cc)和ΔVH(Cc)：
ΔVw(Cc)＝Vmax W(Cc)-Vmin W(Cc)
ΔVH(Cc)＝Vmax H(Cc)-Vmin H(Cc)，
其中，Vmax W(Cc)和Vmax H(Cc)分别是参考样本的水平和垂直侧的颜色分量Cc的像素/样本的最大值，Vmin W(Cc)和Vmin H(Cc)分别是参考样本的水平和垂直侧的颜色分量CC的像素/样本的最小值。因此，可以按以下等式计算回归参数a和b的最大绝对值Kmax W(Cc，L)和Kmax H(Cc，L)：
Kmax W(Cc，L)
＝tanα
＝(Vmax W(Cc)-Vmin W(Cc))/W
＝(Vmax W(Cc)-Vmin W(Cc))/2w≈(Vmax W(Cc)-Vmin W(Cc)+2w-1)＞＞w
Kmax H(Cc，L)
＝tanβ
＝(Vmax H(Cc)-Vmin H(Cc))/H
＝(Vmax H(Cc)-Vmin H(Cc))/2h≈(Vmax H(Cc)-Vmin H(Cc)+2h-1)＞＞h
其中，W＝2w和H＝2h分别表示所述待预测的当前视频编码块401的宽度和高度。
可以以几种方式来定义参考样本403的水平和垂直侧的颜色分量CC的像素的最大值和最小值。例如，可以将其定义为给定位深可能的最大和最小像素值(例如，对于位深8，pmin＝0，pmax＝255；对于位深10，pmin＝0，pmax＝1023)。因此，对于整个视频序列，Kmax W(Cc，L)和Kmax H(Cc，L)是相同的，并且可以每序列计算一次。
此外，Vmax W(Cc)和Vmax H(Cc)可定义为出现在编码图片中的实际最小和最大样本值(即它们与用于自适应修剪的值相同)。因此，对于整个视频序列或分片，Kmax W(Cc，L)和Kmax H(Cc，L)是相同的，并且可以每帧或分片计算一次。
此外，Vmax W(Cc)和Vmax H(Cc)Vmax H(C)还可定义为用于构造平面的所述参考样本403内的最小和最大值。因此，可以针对每个块分别计算Kmax W(Cc，L)和Kmax H(Cc，L)。
作为一实施例，所述处理单元101用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b：
aCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LW)，kw·Kmax(CC，LW)，a(CC))
bCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LH)，kw·Kmax(CC，LH)，b(CC))，
其中，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数，clip3()表示修剪函数，kw表示加权因子，CC表示颜色分量，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的块侧的长度(下标定义了块的哪一侧，即W和H指向参考样本的水平/上方和垂直/左侧)，最大绝对值Kmax(CC，L)由以下等式定义：
Figure BDA0002322747700000091
其中，Vmax(CC)表示最大样本值，Vmin(CC)表示最小样本值，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的宽度。
作为一实施例，所述最大样本值Vmax(CC)是第一相邻视频编码块的参考样本的最大值，所述最小样本值Vmin(CC)是所述第一相邻视频编码块的参考样本的最小参考样本值。
作为一实施例，所述最大样本值Vmax(CC)是所述帧的样本的最大值，所述最小参考样本值Vmin(CC)是所述帧的样本的最小值。
值得注意的是，可以通过使用更复杂的模型来计算对回归参数a和b的约束。特别地，可以考虑在待预测块内的主对角线的梯度变化。在这种情况下，可以推导出更严格的约束条件，例如|aCLIPW+bCLIPH|≤Vmax(Cc)-Vmin(Cc)。
在修剪完所述第一拟合平面参数a和所述第二拟合平面参数b，可以重新计算，即调整，所述第三拟合平面参数c。更具体地，所述处理单元101用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b，并调整所述第三拟合平面参数c：
Figure BDA0002322747700000092
其中，
Figure BDA0002322747700000101
表示调整后的第三拟合平面参数，N表示参考样本数，prs[i]表示位置x，y处的参考样本值，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数。
修剪后，根据一实施例，可以通过以下等式计算所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本：
Figure BDA0002322747700000102
在最后的步骤3中，所述处理单元101用于在样本值超出预定义的样本值范围的情况下，修剪基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本预测的样本，并基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本预测所述当前视频编码块401的样本。如果采用了自适应修剪，则根据一实施例，可以对所述多个拟合样本应用如下修剪机制：
此外，根据一实施例，还可以使用传统的修剪波机制：
Figure BDA0002322747700000104
其中，pmin和pmax是像素可以在所述待预测块401内取的最小值和最大值。
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，但应了解，多种替代和/或等效实现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 (15)

1.一种装置(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，其特征在于，所述帧包括多个样本(405)，每个样本与样本值和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)确定初步拟合平面(501)，其中，所述初步拟合平面(501)由一组初步拟合平面参数定义；
将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数；
基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定调整后的拟合平面，其中，所述调整后的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所述帧内的位置相关联；
基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测所述当前视频编码块(401)的样本(405)。
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(405)确定所述一组拟合平面参数来基于所述多个参考样本(403)确定所述拟合平面(501)，其中，所述一组拟合平面参数包括第一拟合平面参数a、第二拟合平面参数b和第三拟合平面参数c，以使多个拟合样本值
Figure FDA0002322747690000011
由以下等式定义：
Figure FDA0002322747690000012
其中，x，y表示拟合样本在帧内的位置。
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，尤其是最小二乘法，以基于所述多个参考样本(403)确定所述拟合平面参数。
4.根据权利要求2或3所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b，并调整所述第三拟合平面参数c：
Figure FDA0002322747690000013
其中，
Figure FDA0002322747690000014
表示调整后的第三拟合平面参数，N表示参考样本数，prs[i]表示位置x，y处的参考样本值，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于基于以下等式修剪所述第一拟合平面参数a和/或所述第二拟合平面参数b，并调整所述第三拟合平面参数c：
aCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LW)，kw·Kmax(CC，LW)，a(CC))
bCLIP＝clip3(-kw·Kmax(CC，LH)，kw·Kmax(CC，LH)，b(CC))，
其中，aCLIP表示修剪后的第一拟合平面参数，bCLIP表示修剪后的第二拟合平面参数，clip3()表示修剪函数，kw表示加权因子，CC表示颜色分量，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的块侧的长度，最大绝对值Kmax(CC，L)由以下等式定义：
Figure FDA0002322747690000015
其中，Vmax(CC)表示最大样本值，Vmin(CC)表示最小样本值，L表示由所述一组相邻视频编码块中的一个相邻视频编码块的参考样本定义的宽度。
6.根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述最大样本值Vmax(CC)是第一相邻视频编码块的参考样本的最大值，所述最小样本值Vmin(CC)是所述第一相邻视频编码块的参考样本的最小参考样本值。
7.根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述最大样本值Vmax(CC)是所述帧的样本的最大值，所述最小参考样本值Vmin(CC)是所述帧的样本的最小值。
8.根据前述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于自动确定各个预定义的允许参数值范围。
9.根据前述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)还用于在样本值超出预定义的样本值范围的情况下，修剪基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本预测的样本。
10.根据前述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于修剪所述拟合平面参数，使得调整后的拟合平面值位于由所述帧的样本的最小和最大样本值所定义和/或由所述参考样本的最大和最小样本值所定义的位深值范围内。
11.根据前述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述当前视频编码块(401)的所述一组相邻视频编码块包括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。
12.一种编码装置(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11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；
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。
13.一种解码装置(211)，用于对视频信号的帧的已编码视频编码块进行解码，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(211)包括：根据权利要求1至11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；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。
14.一种方法(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，其特征在于，所述帧包括多个样本(405)，每个样本与样本值和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)初步拟合平面，其中，所述初步拟合平面由一组初步拟合平面参数定义；
将所述一组初步拟合平面参数中参数值在预定义的允许参数值范围之外的初步拟合平面参数修剪为(303)位于所述预定义的允许参数值范围内的调整后的参数值，并保持所述一组初步拟合平面参数中参数值在所述预定义的允许参数值范围内的初步拟合平面参数；
基于修剪后的拟合平面参数和未修剪的拟合平面参数确定(305)调整后的拟合平面，其中，所述调整后的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所述帧内的位置相关联；
基于所述调整后的拟合平面定义的所述多个拟合样本，预测(307)所述当前视频编码块(401)的样本(405)。
15.一种计算机程序，其特征在于，包括程序代码，用于在计算机上执行时，执行根据权利要求14所述的方法。
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