CN112437313B - 一种帧内预测像素生成方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新的帧内预测像素生成方法和装置，在传统帧内预测模式生成当前块的预测像素的基础上，增加了对预测像素进行迭代滤波，以产生用于帧内预测的当前块的预测像素值。

Description

一种帧内预测像素生成方法和装置
技术领域
本发明涉及视频编解码的帧内预测机制，且利用迭代滤波来生成帧内预测像素的方法和装置。
背景技术
视频编码标准HEVC包含除DC和Planar模式之外的33种方向性预测模式。帧内预测时采用的重建整像素来自当前块左下侧N个重建整像素、正左侧N个重建整像素、1个左上角重建整像素、正上侧N个重建整像素和右上侧N个重建整像素，其中块的大小为NxN。根据当前被预测像素的位置和当前被预测像素所在块的帧内预测模式，按照方向性预测方式得到该被预测像素所对应的重建像素的位置。预测方向的选择依赖于图像块的局部纹理。
图1是现有的HEVC标准以水平模式和右下45度模式进行帧内预测的示意图。这种沿预测方向拷贝参考像素得到预测块的帧内预测方法假设了一个极端可分离的马尔科夫模型，相关系数沿着选定的方向为1，与预测方向垂直的方向的相关系数则为零。这种方法没有充分利用相邻像素中可用的信息，因为它忽略了相关性无法完全可分离的可能性。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种新的帧内预测像素生成方法和装置。
本发明的第一个方面提供了一种帧内预测像素生成方法，包括：
根据帧内预测模式生成当前块的第一预测像素组；
对所述第一预测像素组进行迭代滤波产生第二预测像素组；
所述第二预测像素组作为当前块的帧内预测像素；
其中，所述迭代滤波包括以下方法之一：
方法一：
c)对所述第一预测像素组进行边界扩充，得到扩充像素组；
d)迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组,其中N>＝1；
方法二：
d)对所述第一预测像素组进行边界扩充，得到扩充像素组；
e)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组,其中N>＝1；
f)由临时预测像素组得到第二预测像素组。
进一步的，所述的边界扩充包括：分别使用已重构的当前块的参考像素以及所述第一预测像素组或临时预测像素组中的像素对所述第一预测像素组或临时预测像素组进行边界扩充。
进一步的，所述迭代滤波时，根据当前块的大小确定所述的迭代次数N,并且迭代次数随块尺寸的增大而非递减变化。
进一步的，所述第一预测像素组或临时预测像素组中不同位置像素根据该像素与其对应的参考像素点的距离确定所述迭代滤波次数N的大小，并且N的大小随所述距离的增加而非递减变化。
进一步的，所述的滤波核的选择包括：
根据所述扩充像素组或临时像素组当前所执行的迭代次数确定；
或者，根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素在像素块中的位置确定；
或者，根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的尺寸确定。
本发明的第二个方面提供了一种帧内预测像素生成装置，包括第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块；
所述第一预测像素组生成模块用于：输入当前块的帧内预测模式；根据所述帧内预测模式生成第一预测像素组PU0；输出第一预测像素组PU0；
所述迭代滤波模块用于：输入第一预测像素组PU0；输出所述当前块的帧内预测像素；包括边界扩充子模块与滤波子模块；其中
所述边界扩充子模块用于：对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1；
所述滤波子模块用于：迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组,其中N>＝1；或者，迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时预测像素组，使用临时预测像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组,其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；
所述边界扩充子模块还用于：将所述第二预测像素组输出作为所述当前块的帧内预测像素。
进一步的，所述的迭代滤波模块还包括迭代次数确定子模块，所述迭代次数确定子模块用于根据所述当前块的大小确定所述N的大小，或者根据被迭代滤波的像素与其对应的参考像素点的距离确定所述N的大小；并将N输出至所述滤波子模块。
进一步的，所述的迭代滤波模块还包括滤波核选择子模块，所述滤波核选择子模块用于：
根据所述扩充像素组或临时像素组当前所执行的迭代次数确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块；或者
根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素在像素块中的位置确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块；或者
根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的尺寸确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块。
本发明的技术方案相比现有技术具有如下优点：
第一，本发明在现有帧内预测模式的基础上，对以帧内预测模式生成的初始预测块进行迭代滤波，可以更充分地利用各像素中的相关信息，而非只考虑沿单一预测方向的相关信息，也可以减轻各种噪声的影响，从统计上为帧内预测提供更优的预测像素值，从而比传统直接由参考像素生成的帧内预测像素更接近于被预测像素的值、减少预测残差、提高编码效率。
第二，使用已重构的参考像素和预测像素进行块边界扩充，从而使被预测块内的所有像素(包括邻近块边界的像素)均可使用相同大小的滤波核进行滤波。
第三，通常预测块内越靠近帧内预测参考像素的位置，传统方法所获得的预测像素值已经比较接近被预测像素值，所以用较弱的滤波器或进行较少次数的迭代滤波进行修正与平滑就可以；而预测块内越远离帧内预测参考像素的位置，传统方法所获得的预测像素值与被预测像素值可能偏离较大，所以用较强的滤波器或进行较多次数的迭代滤波进行修正与平滑反而可以获得更好准确的预测结果。本发明根据被滤波像素在预测块内的位置、或被滤波像素与其帧内预测参考像素的距离，通过控制不同的迭代滤波次数或选用不同的滤波核，来控制预测块内不同位置的不同滤波强度，从而使经滤波后的预测像素更接近于被预测像素的值、减少预测残差、提高编码效率。
附图说明
图1是HEVC标准以水平模式和右下45度模式进行帧内预测的示意图。
图2是实施例1中的边界扩充的示意图。
图3是实施例2中的边界扩充的示意图。
图4是实施例3中的根据像素位置来确定迭代滤波次数的示意图。
图5是实施例4中根据像素位置来确定滤波器的示意图。
图6是一种帧内预测像素生成装置的示意图。
图7是一种帧内预测像素生成装置的示意图。
图8是一种帧内预测像素生成装置的示意图。
图9是一种帧内预测像素生成装置的示意图。
图10是一种帧内预测像素生成装置的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种帧内预测像素生成方法：根据帧内预测模式生成当前块的第一预测像素组；对第一预测像素组进行迭代滤波产生第二预测像素组；第二预测像素组作为当前块的帧内预测像素。
在本公开的各种实施例中，迭代滤波的步骤可以包含：对第一预测像素组进行边界扩充；将边界扩充后得到的扩充像素组与平滑滤波核进行多次卷积，得到第二预测像素组。
此外，在各种实施例中，迭代滤波的步骤还可以包含：对第一预测像素组进行边界扩充，得到扩充像素组；迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组,其中 N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组。
本公开的实施例提供用于对初始预测像素块进行边界扩充的方法。在各种实施例中，可以使用已重建的边界参考像素和初始预测像素块中的预测像素值对初始预测像素块进行边界扩充。例如，如果对一个WxH的块应用3x3滤波核进行滤波操作，可以使用已重建的边界参考像素和初始预测像素将MXN的块扩充为(W+2)(H+2)的块。其中，初始预测像素块上方位置的边界扩充像素可以拷贝其上方参考像素，初始预测像素块左侧位置的边界扩充像素可以拷贝其左侧参考像素，初始预测像素块下方位置的边界扩充像素可以拷贝其最下一行的预测像素值，初始预测像素块右方位置上的边界扩充像素可以拷贝其最右侧一列的预测像素值。
此外，在各种实施例中，也可以只使用已重建的参考像素对初始预测像素块进行边界扩充。例如，初始预测像素块上方位置的边界扩充像素拷贝其上方参考像素，初始预测像素块左侧位置的边界扩充像素拷贝其左侧参考像素，初始预测像素块下方位置的像素和右方位置上的边界扩充像素值可以沿帧内预测方向拷贝参考像素值。
本公开的实施例提供了不同类型的滤波器和用于确定何时应用不同类型的滤波核的方法。在各种实施例中，滤波器可以是高斯滤波核，均值滤波器或中值滤波器等等。滤波器可以是固定滤波核，其可以不限于亮度通道，还可以应用于任何颜色通道或深度通道。
此外，在各种实施例中，还可以根据当前像素组的尺寸选择应用何种滤波核。例如，对于较小的块(如4x4,8x8)，可以使用较小的卷积核，如3x3均值滤波器；对于较大的块(如 32x32,64x64)，可以使用较大的卷积核，如5x5均值滤波器。此外，对于较小的块(如4x4,8x8)，可以使用平滑滤波程度较小的滤波核，对于较大的块(如32x32,64x64)，可以使用平滑滤波程度较大的滤波核。
此外，在各种实施例中，可以根据所执行的迭代次数确定所使用的滤波核。在对同一第一预测像素组进行N次迭代滤波中，可以使用至少2种滤波核。例如，第一次迭代滤波操作可以使用中值滤波器来消除脉冲噪声，之后的迭代滤波操作使用高斯滤波器或均值滤波器对像素组进行平滑滤波。
本公开的实施例提供了如何确定迭代次数的方法。在各种实施例中，对所述块进行迭代滤波的次数与所述块的大小、所使用的滤波器、当前帧内预测模式有关。
本公开的实施例还提供了如何确定对哪些块应用本技术。在各种实施例中，对所述块是否应用本技术与所述块的面积有关。例如，对于面积在某一范围的块设定其不应用本技术。
本公开的实施例还提供了如何根据当前像素组中像素与其对应的参考像素点的距离确定所述迭代滤波次数N的大小。在各种实施例中，像素与其对应的参考像素点的距离越远，其迭代滤波次数会非递减变化。并且，其迭代滤波次数可以根据该像素与其对应的参考像素点的距离呈均匀线性变化或非均匀变化。
下面通过具体实施例进行进一步详细说明。
实施例1
实施例1以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为MxN,帧内预测模式为竖直模式(Vertical Mode)的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为MxN的第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的像素值，如图2所示；
2、将扩充像素组PU1和平滑滤波核K进行N次卷积，得到第二预测像素组PUT+1,并且块边界像素在卷积过程中保持不变。其中可以查询表1得到卷积次数N。
表1卷积次数查询表
S＝WxH S<＝32 32<S<＝128 128<S<＝256 S>256
卷积次数 3 6 10 20
卷积过程可以用如下公式描述：
Figure BDA0002301734490000061
其中，x＝1,2,…,M，y＝1,2,…,N；PUt+1(x,y)代表扩充像素组PU1和滤波核K进行t次卷积得到的像素组PUt+1第x行第y列预测像素值；Ki,j代表大小为uxv的滤波核K第i行第j列系数，卷积核第a行、第b列位置为卷积核锚点位置。平滑滤波器K可以是高斯滤波器，均值滤波器或中值滤波器，如高斯滤波器K：
Figure BDA0002301734490000062
实施例2
实施例2以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为斜右下45度模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素，如图3所示；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：根据表2确定迭代滤波次数N。使用均值滤波器对扩充像素组PU1进行前N1迭代滤波操作，再使用高斯滤波器 K2进行(N-N1)次迭代滤波操作，得到第二预测像素组。其中，N1可以根据具体需要确定，例如，N1可以为
Figure BDA0002301734490000063
表2卷积次数查询表
S＝WxH S<＝32 32<S<＝128 128<S<＝256 S>256
卷积次数 3 5 8 15
其中：
Figure BDA0002301734490000064
实施例3
实施例3以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为MxN,帧内预测模式为竖直模式的当前块，根据传统帧内预测模式生成大小为 MxN的第一预测像素组PU0。
对预测块PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的像素值；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据像素在第一预测像素组中的不同位置来确定迭代滤波次数，如图4所示。不同位置的像素的迭代滤波次数沿当前帧内预测方向逐渐减小。其中，沿右下45度预测方向，最靠近参考像素位置的区域A使用较小的迭代次数NA，最远离参考像素位置的区域C使用较大的迭代次数NC,区域B的迭代次数NB介于NA和NC之间。其中，PW1可以为
Figure BDA0002301734490000071
PW2可以为
Figure BDA0002301734490000072
PH1可以为
Figure BDA0002301734490000073
PH2可以为
Figure BDA0002301734490000074
b)根据当前块大小确定所使用的滤波核。对于尺寸较小的块(如4x4,8x8),可以使用较小的卷积核，如3x3的滤波器；对于尺寸较大的块(如32x32,64x64)，可以使用较大的卷积核，如5x5的滤波器。例如，对于宽、高都大于32的块使用5x5的均值滤波器，对其他尺寸的块使用3x3均值滤波器。
c)根据确定的迭代次数和所使用的滤波核，对扩充像素组PU1进行迭代滤波操作，得到第二预测像素组。
实施例4
实施例4以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为MxN,帧内预测模式为竖直(Vertical Mode)的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为MxN第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小确定迭代次数N。如：通过查询表1得到迭代次数N。
b)可以根据像素位置确定对不同位置的像素使用的滤波核。沿着预测方向远离参考像素的预测像素和参考像素的相关性逐渐减小。对沿预测方向距离参考像素点最远的预测像素可以应用平滑滤波程度最强的滤波器；沿预测方向距离参考像素点最近的预测像素可以应用平滑滤波程度最弱的滤波器。如图5所示，A区域的预测像素可以使用相同的3x3的高斯滤波器，B区域的预测像素可以使用相同的3x3的均值滤波器，C区域的预测像素可以使用相同的5x5的均值滤波器。
c)根据确定的迭代次数和所使用的滤波核，对扩充像素组PU1进行迭代滤波操作，得到第二预测像素组。
实施例5
实施例5以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为平面预测模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小，可以根据表3确定迭代次数N。
b)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核K对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一行预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。
表3卷积次数查询表
S＝WxH S<＝32 32<S<＝128 128<S<＝256 S>256
卷积次数 6 12 20 25
其中：
Figure BDA0002301734490000081
c)由临时预测像素组得到第二预测像素组。
实施例6
实施例6以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为斜右下45度模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：迭代滤波次数N可以根据第一预测像素组某条边的长度来确定，例如可以使用迭代滤波次数查询表4确定。当前帧内预测方向与水平方向夹角小于等于45度时，根据第一预测像素组的高查询表4得到迭代滤波次数N；其他情况下根据一预测像素组的宽查询表4得到迭代滤波次数。使用均值滤波器K对扩充像素组PU1进行N次迭代滤波操作，得到第二预测像素组。
表4卷积次数查询表
W/H 4 8 16 >＝32
卷积次数 3 5 8 18
其中：
Figure BDA0002301734490000091
实施例7
实施例7以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为水平模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为 WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的像素值；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小，查询表2确定迭代次数N。
b)迭代进行N1次以下操作：进行一次使用滤波核K1对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一列预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。其中，N1可以为
Figure BDA0002301734490000101
c)迭代进行(N-N1)次以下操作:进行一次使用滤波核K2对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一列预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。
其中：
Figure BDA0002301734490000102
d)由临时预测像素组得到第二预测像素组。
实施例8
实施例8以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为MxN的当前块，根据传统帧内预测模式生成大小为MxN的第一预测像素组PU0。对预测块PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的像素值，边界像素参与滤波过程但在滤波过程中保持不变；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核K进行迭代滤波操作，包含以下步骤：根据表5确定迭代滤波次数N，使用滤波器K对扩充像素组PU1进行N次迭代滤波操作
表5卷积次数查询表
S＝WxH S<＝32 32<S<＝128 128<S<＝256 S>256
帧内角度预测模 3 4 8 15
DC/Planar模式 20 20 20 20
其中：
Figure BDA0002301734490000103
实施例9
实施例9以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为斜右下45度模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：迭代滤波次数N可以根据第一预测像素组的宽确定，例如可以使用迭代滤波次数查询表6得到迭代滤波次数N。使用均值滤波器K对扩充像素组PU1进行N次迭代滤波操作，得到第二预测像素组。
表6卷积次数查询表
W 4 8 16 >＝32
卷积次数 3 5 10 20
其中：
Figure BDA0002301734490000111
实施例10
本实施例以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为平面预测模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小，可以根据当前块的面积确定滤波次数，如表7所示。
b)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核K对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一行预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。
表7卷积次数查询表
S＝WxH S<32 S>＝32
卷积次数 0 1
其中：
Figure BDA0002301734490000121
实施例11
本实施例以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为平面预测模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小，可以根据当前块的面积确定滤波次数，如表8所示。
b)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核K对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一行预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。
表8卷积次数查询表
S＝WxH S<＝64 S>64
卷积次数 0 2
其中：
Figure BDA0002301734490000122
c)由临时预测像素组得到第二预测像素组。
实施例12
本实施例以具体例子对帧内预测像素生成方法进行说明。
对大小为WxH,帧内预测模式为平面预测模式的当前块，根据当前帧内预测模式生成大小为WxH第一预测像素组PU0。
对第一预测像素组PU0进行迭代滤波，包含以下步骤：
1、对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1，其中，第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素；
2、对扩充像素组PU1使用滤波核进行迭代滤波操作，包含以下步骤：
a)根据第一预测像素组PU0的大小，可以根据当前块的面积确定滤波次数，如表9所示。
b)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核K对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中最下方一行预测像素对下方边界重新进行扩充，使用临时预测像素组中最右侧一行预测像素对右方边界重新进行扩充，得到扩充像素组。
表9卷积次数查询表
S＝WxH S<＝32 32<S<＝256 S>256
卷积次数 0 1 0
其中：
Figure BDA0002301734490000131
实施例13
图6是一种帧内预测像素生成装置的示意图，包含第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块。迭代滤波模块包括边界扩充子模块和滤波子模块。
第一预测像素组生成模块的输入为当前块的帧内预测模式，根据所述帧内预测模式生成第一预测像素组PU0，输出第一预测像素组PU0。
迭代滤波模块的输入为第一预测像素组PU0，输出当前块的帧内预测像素。
边界扩充子模块输入为第一预测像素组PU0，对第一预测像素组PU0进行边界扩充，输出得到的扩充像素组PU1。
在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组 PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素。
此外，在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素和预测像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的预测像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的预测像素值。
滤波子模块与边界扩充子模块相连。滤波子模块迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组，其中N>＝1；将所述第二预测像素组输出作为所述当前块的帧内预测像素。
此外，在各种实施例中，滤波子模块还可以迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时像素组，使用临时像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组，其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；将所述第二预测像素组输出作为所述当前块的帧内预测像素。
实施例14
图7是一种帧内预测像素生成装置的示意图，包含第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块。迭代滤波模块包含边界扩充子模块，迭代次数确定子模块和滤波子模块。
第一预测像素组生成模块的输入为当前块的帧内预测模式，根据帧内预测模式生成第一预测像素组PU0，输出第一预测像素组PU0。
迭代滤波模块的输入为第一预测像素组PU0；输出当前块的帧内预测像素。
边界扩充子模块输入为第一预测像素组PU0，对第一预测像素组PU0进行边界扩充，输出得到的扩充像素组PU1。
在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组 PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素。
此外，在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素和预测像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的预测像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的预测像素值。
迭代次数确定子模块与第一预测像素组生成模块和滤波子模块相连。迭代次数确定子模块确定迭代次数N的大小，将N输出至滤波子模块。
迭代次数确认子模块可以根据第一预测像素组的大小确定迭代次数N，如可以使用固定的迭代次数查找表确认迭代次数N。例如，当前块面积小于等于32时，迭代次数N可以为3；随着当前块面积的增大，迭代次数呈现非递减变化。
滤波子模块与边界扩充子模块和迭代次数确认子模块相连。滤波子模块迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组，其中N>＝1；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
此外，在各种实施例中，滤波子模块还可以迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时像素组，使用临时像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组，其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
实施例15
图8是一种帧内预测像素生成装置的示意图，包含第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块。迭代滤波模块包含边界扩充子模块，迭代次数确定子模块和滤波子模块。
第一预测像素组生成模块的输入为当前块的帧内预测模式，根据帧内预测模式生成第一预测像素组PU0，输出第一预测像素组PU0。
迭代滤波模块的输入为第一预测像素组PU0；输出当前块的帧内预测像素。
边界扩充子模块输入为第一预测像素组PU0，对第一预测像素组PU0进行边界扩充，输出得到的扩充像素组PU1。
在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组 PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素。
此外，在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素和预测像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的预测像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的预测像素值。
迭代次数确定子模块与滤波子模块相连。迭代次数确定子模块确定迭代次数N的大小，将N输出至滤波子模块。
在各种实例中，滤波子模块输出当前被滤波像素与其对应的参考像素点的距离，迭代次数确认子模块可以根据被滤波像素与其对应的参考像素点的距离确定迭代次数N。被滤波像素与其对应的参考像素点的距离越远，一般使用越大的迭代次数。例如，被滤波像素与其对应的参考像素点的距离在4像素以内时，对应的迭代次数为4次；被滤波像素与其对应的参考像素点的距离范围为(4,8]时，对应的迭代次数为5次。
滤波子模块与边界扩充子模块和迭代次数确认子模块相连。滤波子模块迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组，其中N>＝1；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
此外，在各种实施例中，滤波子模块还可以迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时像素组，使用临时像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组，其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
实施例16
图9是一种帧内预测像素生成装置，包含第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块。迭代滤波模块包含边界扩充子模块，滤波核选择子模块和滤波子模块。
第一预测像素组生成模块的输入为当前块的帧内预测模式，根据帧内预测模式生成第一预测像素组PU0，输出第一预测像素组PU0。
迭代滤波模块的输入为第一预测像素组PU0；输出当前块的帧内预测像素。
边界扩充子模块输入为第一预测像素组PU0，对第一预测像素组PU0进行边界扩充，输出得到的扩充像素组PU1。
在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组 PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素。
此外，在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素和预测像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的预测像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的预测像素值。
滤波核选择子模块与第一预测像素组生成模块和滤波子模块相连。滤波核选择子模块将选择的滤波核输出至滤波子模块。
此外，在各种实施例中，滤波核选择子模块可以根据第一预测像素组的尺寸确定所使用的滤波核。第一预测像素组生成模块将第一预测像素组的尺寸大小输出至滤波核选择子模块。当扩充或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的面积较大时，可以使用相对平滑滤波程度较强的滤波器类型或具有更大尺寸的滤波核。例如，可以设置当扩充或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的面积大于等于128时，可以使用5x5均值滤波器；当扩充或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的面积小于128时，可以使用3x3均值滤波器。
滤波子模块迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组，其中N>＝1；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
此外，在各种实施例中，滤波子模块还可以迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时像素组，使用临时像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组，其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
实施例17
图10是一种帧内预测像素生成装置，包含第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块。迭代滤波模块包含边界扩充子模块，滤波核选择子模块和滤波子模块。
第一预测像素组生成模块的输入为当前块的帧内预测模式，根据帧内预测模式生成第一预测像素组PU0，输出第一预测像素组PU0。
迭代滤波模块的输入为第一预测像素组PU0；输出当前块的帧内预测像素。
边界扩充子模块输入为第一预测像素组PU0，对第一预测像素组PU0进行边界扩充，输出得到的扩充像素组PU1。
在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。第一预测像素组PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，第一预测像素组 PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，第一预测像素组PU0下方位置的像素和第一预测像素组PU0右方位置上的像素值沿当前帧内预测方向复制参考像素。
此外，在各种实施例中，边界扩充子模块可以使用已重建的参考像素和预测像素对第一预测像素组PU0进行边界扩充。PU0上方位置的像素由其上方参考像素填充，PU0左侧位置的像素由其左侧参考像素填充，PU0下方位置的像素复制PU0最下一行的预测像素值，PU0右方位置上的像素值复制PU0最右侧一列的预测像素值。
滤波核选择子模块与滤波子模块相连。滤波核选择子模块将选择的滤波核输出至滤波子模块。
在各种实施例中，滤波核选择子模块可以根据扩充或临时像素组中当前所执行的迭代次数确定所使用的滤波核。滤波子模块输出当前所执行的迭代次数Ni至滤波核选择子模块。滤波核选择子模块可以通过使用滤波核查找表确认输出何种滤波核至滤波子模块。例如，第一次滤波操作可以使用中值滤波器，来消除脉冲噪声；之后的滤波操作可以使用高斯滤波器来消除高斯噪声。
此外，在各种实施例中，滤波核选择子模块还可以根据扩充或临时像素组中当前所执行滤波的像素在像素块中的位置确定所使用的滤波核。滤波子模块输出当前所执行滤波的像素在像素块中的位置至滤波核选择子模块。当前所执行滤波的像素与其对应的参考像素点的距离最近时，采用平滑滤波程度最弱的滤波器；当前所执行滤波的像素与其对应的参考像素点的距离最远时，采用平滑滤波程度最强的滤波器。例如，当前所执行滤波的像素与其对应的参考像素点的距离在16像素范围以内时，滤波核选择子模块输出平滑滤波程度较弱的滤波器 K1；当前所执行滤波的像素与其对应的参考像素点的距离在16像素范围以外时，滤波核选择子模块输出平滑滤波程度较强的均值滤波器K2.
Figure BDA0002301734490000181
滤波子模块与滤波核选择子模块、边界扩充子模块相连。
滤波子模块迭代进行N次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到第二预测像素组，其中N>＝1；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
此外，在各种实施例中，滤波子模块还可以迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时像素组，使用临时像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组，其中N>＝1；由临时预测像素组得到第二预测像素组；将第二预测像素组输出作为当前块的帧内预测像素。
实施例18
一种帧内预测解码方法，解码端根据码流中编码单元、或预测单元、或当前预测分量块(分量块是指亮度块、或U色度分量块、或V色度分量块、或RGB中的一种颜色分量块等)的标识确定当前编码单元、或预测单元、或当前预测分量块是否使用迭代滤波，如果标识信息表明使用迭代滤波，则使用本发明中上述方法对对应的编码单元、或预测单元、或当前预测分量块生成帧内预测像素。
实施例19
一种帧内预测编码方法，根据模式决策，确定对于当前预测单元中的所有分量块、或编码单元中的所有分量块、或当前预测分量块是否使用迭代滤波，如果决策为使用迭代滤波，则使用本发明中上述方法对对应的当前预测单元中的所有分量块、或编码单元中的所有分量块、或当前预测分量块生成帧内预测像素；在码流中写入所决策的是否使用迭代滤波的标识信息。
实施例20
一种帧内预测编码方法，在帧内预测过程中加入对预测像素的迭代滤波。其中，I帧、P 帧和B帧中的帧内预测单元中的所有亮度块都可能使用到迭代滤波。也就是说，对于所有帧内模式下的预测像素，都会进行迭代滤波尝试。
对亮度块进行迭代滤波步骤如下：
1.使用当前帧内预测模式生成预测像素块；
2.使用已重构的参考像素来填充预测像素块的上方和左侧边界像素；使用预测像素块的最下方一行和最右侧一列预测像素填充预测像素块的下方和右侧边界像素。
3.将边界填充后的预测像素块与滤波核K进行N次迭代卷积滤波。卷积次数根据表10 确定。
其中滤波核K：
Figure BDA0002301734490000191
表10卷积次数
Figure BDA0002301734490000192
根据模式决策当前CU中的所有亮度预测块是否采用上述迭代滤波方法生成帧内预测像素。对于帧内预测CU,在码流中增加一个filter_flag，标识当前CU中的所有亮度预测块是否采用上述迭代滤波方法生成帧内预测像素，标识为‘1’表示采用上述迭代滤波方法，标识为‘0’表示仍采用传统帧内预测方法而不使用迭代滤波。

Claims (8)

1.一种帧内预测像素生成方法，其特征在于包括：
根据帧内预测模式生成当前块的第一预测像素组；
对所述第一预测像素组进行迭代滤波产生第二预测像素组；
所述第二预测像素组作为当前块的帧内预测像素；
其中，所述迭代滤波包括以下方法：
a)对所述第一预测像素组进行边界扩充，得到扩充像素组；
b)迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作，得到临时预测像素组；使用临时预测像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组,其中N>＝1；
c)由最后一次迭代生成的临时预测像素组得到第二预测像素组。
2.如权利要求1所述的帧内预测像素生成方法，其特征在于所述的边界扩充包括：分别使用已重构的当前块的参考像素以及所述第一预测像素组或临时预测像素组中的像素对所述第一预测像素组或临时预测像素组进行边界扩充。
3.如权利要求1所述的帧内预测像素生成方法，其特征在于根据当前块的大小确定所述的迭代次数N,并且迭代次数随块尺寸的增大而非递减变化。
4.如权利要求1所述的帧内预测像素生成方法，其特征在于所述第一预测像素组或临时预测像素组中不同位置像素根据该像素与其对应的参考像素点的距离确定所述迭代滤波次数N的大小，并且N的大小随所述距离的增加而非递减变化。
5.如权利要求1所述的帧内预测像素生成方法，其特征在于所述的滤波核的选择包括：
根据所述扩充像素组或临时像素组当前所执行的迭代次数确定；
或者，根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素在像素块中的位置确定；
或者，根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的尺寸确定。
6.一种帧内预测像素生成装置，其特征在于：
包括第一预测像素组生成模块和迭代滤波模块；
所述第一预测像素组生成模块用于：输入当前块的帧内预测模式；根据所述帧内预测模式生成第一预测像素组PU0；输出第一预测像素组PU0；
所述迭代滤波模块用于：输入第一预测像素组PU0；输出所述当前块的帧内预测像素；包括边界扩充子模块与滤波子模块；其中
所述边界扩充子模块用于：对第一预测像素组PU0进行边界扩充，得到扩充像素组PU1；
所述滤波子模块用于迭代进行N次以下操作：进行一次使用滤波核对扩充像素组的卷积操作得到临时预测像素组，使用临时预测像素组中的像素重新进行边界扩充得到扩充像素组,其中N>＝1；由最后一次迭代生成的临时预测像素组得到第二预测像素组；
所述边界扩充子模块还用于：将所述第二预测像素组输出作为所述当前块的帧内预测像素。
7.如权利要求6所述的帧内预测像素生成装置，其特征在于所述的迭代滤波模块还包括迭代次数确定子模块，所述迭代次数确定子模块用于根据所述当前块的大小确定所述N的大小，或者根据被迭代滤波的像素与其对应的参考像素点的距离确定所述N的大小；并将N输出至所述滤波子模块。
8.如权利要求6所述的帧内预测像素生成装置，其特征在于所述的迭代滤波模块还包括滤波核选择子模块，所述滤波核选择子模块用于：
根据所述扩充像素组或临时像素组当前所执行的迭代次数确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块；或者
根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素在像素块中的位置确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块；或者
根据所述扩充像素组或临时像素组中当前所执行滤波的像素组的尺寸确定所使用的滤波核，并将确定的滤波核输出至所述滤波子模块。
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