CN113748675A - 使用改进的基于矩阵的帧内预测编解码模式的视频编解码方法和装置 - Google Patents

使用改进的基于矩阵的帧内预测编解码模式的视频编解码方法和装置 Download PDF

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Abstract

电子装置执行更新针对视频数据的当前块的最可能模式候选列表的方法。电子装置首先识别相对于当前块位于预定义位置的相邻块及其相关联的基于矩阵的帧内预测模式。接下来，电子装置根据常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系，确定与针对相邻块的基于矩阵的帧内预测模式相对应的常规帧内预测模式。最后，电子装置根据预定义顺序，将与相邻块相关联的常规帧内预测模式插入到最可能模式候选列表中。如果常规帧内预测模式在包括当前块的视频比特流的语义中被用信号发送，则视频解码器将根据常规帧内预测模式从重建相邻块预测当前块。

Description

使用改进的基于矩阵的帧内预测编解码模式的视频编解码方 法和装置
技术领域
本申请总体涉及视频数据编码和解码，并且具体地，涉及使用基于矩阵的帧内预测(MBIP)编解码模式的视频编解码的方法和系统。
背景技术
各种电子设备(诸如数字电视、膝上型计算机或台式计算机、平板计算机、数码相机、数字记录设备、数字媒体播放器、视频游戏机、智能电话、视频电话会议设备、视频流设备等)都支持数字视频。电子设备通过实施如由MPEG-4、ITU-T H.263、ITU-T H.264/MPEG-4、Part 10、高级视频编解码(AVC)、高效视频编解码(HEVC)和通用视频编解码(VVC)标准定义的视频压缩/解压缩标准来发送、接收、编码、解码和/或存储数字视频数据。视频压缩通常包括执行空间(帧内)预测和/或时间(帧间)预测来减少或去除视频数据中固有的冗余。对于基于块的视频编解码，将视频帧分割为一个或更多个条带，每个条带具有多个视频块，视频块也可被称为编解码树单元(CTU)。每个CTU可包含一个编解码单元(CU)，或者递归地被划分为更小的CU直到达到预定义的最小CU尺寸为止。每个CU(也称为叶CU)包含一个或多个变换单元(TU)，并且每个CU还包含一个或多个预测单元(PU)。每个CU可以以帧内模式、帧间模式或IBC模式被编解码。视频帧的帧内编解码(I)条带中的视频块使用关于同一视频帧内的相邻块中的参考样点的空间预测来进行编码。视频帧的帧间编解码(P或B)条带中的视频块可使用关于同一视频帧内的相邻块中的参考样点的空间预测，或关于其他先前和/或未来参考视频帧中的参考样点的时间预测。
基于先前已被编码的参考块(例如，相邻块)的空间预测或时间预测得出用于待编解码的当前视频块的预测块。找到参考块的过程可通过块匹配算法来完成。表示待编解码的当前块与预测块之间的像素差的残差数据被称为残差块或预测误差。帧间编解码块根据运动矢量和残差块被编码，该运动矢量指向参考帧中的形成预测块的参考块。确定运动矢量的过程通常被称为运动估计。帧内编解码块根据帧内预测模式和残差块被编码。为了进一步压缩，将残差块从像素域变换到变换域(例如，频域)，从而得出残差变换系数，残差变换系数然后可被量化。最初以二维阵列布置的量化的变换系数可被扫描以产生变换系数的一维矢量，并且然后被熵编码为视频比特流以实现甚至更大的压缩。
经编码的视频比特流然后被保存于计算机可读存储介质(例如，闪存存储器)中，以由具有数字视频能力的另一电子设备访问或者有线或无线地直接发送到电子设备。电子设备然后执行视频解压缩(其为上文描述的视频压缩的相反过程)，例如，通过对经编码的视频比特流进行解析来从比特流获得语义元素，并且至少部分地基于从比特流获得的语义元素从经编码的视频比特流将数字视频数据重建为其原始格式，并且电子设备在电子设备的显示器上呈现重建的数字视频数据。
随着数字视频质量从高清变为4K×2K或甚至8K×4K，待编码/解码的视频数据量呈指数增长。在如何能够更有效率地对视频数据进行编码/解码，同时保持解码视频数据的图像质量方面，是一个长久挑战。
例如，传统帧内预测模式通过参考来自相邻块的重建像素，通过直接复制或插值来对当前编解码块执行角度预测。作为结果，使用传统帧内预测模式的预测样点具有有限的像素值变化自由度，特别是沿着预测方向。为了进一步提高编解码效率，通过对相邻块中的重建像素应用线性矩阵变换来预测当前编解码块的样点，而引入基于矩阵的帧内预测(MBIP)模式。但是，MBIP的当前实施方式对硬件/软件实施方式提出了新的挑战，例如，需要在使用不同类型的帧内预测方法的编解码块之间进行复杂的查找表操作，并且为了存储矩阵系数占用了大量的空间(特别是片上)。
发明内容
本申请描述了与视频数据编码和解码相关的实施方式，并且更具体地，实施方式有关于使用改进的基于矩阵的帧内预测(MBIP)编解码模式的视频编码和解码的系统和方法。
根据本申请的第一方面，一种更新针对视频数据的当前块的最可能模式候选列表的方法在电子装置处执行，电子装置具有一个或更多个处理单元以及存储将由一个或更多个处理单元执行的多个程序的存储器。该方法包括：识别相对于当前块位于预定义位置的相邻块和其相关联的基于矩阵的帧内预测模式；根据常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系，确定与针对相邻块的基于矩阵的帧内预测模式相对应的常规帧内预测模式；并且根据预定义顺序，将与相邻块相关联的常规帧内预测模式插入到最可能模式候选列表中。
根据本申请的第二方面，一种电子装置包括一个或更多个处理单元、存储器、以及存储器中存储的多个程序。这些程序在由一个或更多个处理单元执行时，使电子装置执行如上文所描述的更新针对视频数据的当前块的最可能模式候选列表的方法。
根据本申请的第三方面，一种非暂时性计算机可读存储介质存储用于由具有一个或更多个处理单元的电子装置执行的多个程序。这些程序在由一个或更多个处理单元执行时，使电子装置执行如上文所描述的更新针对视频数据的当前块的最可能模式候选列表的方法。
根据本申请的第四方面，一种使用基于矩阵的帧内预测来预测视频数据的当前块的方法在电子装置处执行，电子装置具有一个或更多个处理单元以及存储将由一个或更多个处理单元执行的多个程序的存储器。该方法包括：识别相对于当前块的一个或更多个相邻块；在多个基于矩阵的帧内预测模式中选择用于预测当前块的基于矩阵的帧内预测模式；从存储设备取回与所选的基于矩阵的帧内预测模式相对应的矩阵和偏置矢量的系数；并且使用取回的矩阵和偏置矢量的系数对识别出的一个或更多个相邻块执行基于矩阵的帧内预测。
根据本申请的第五方面，一种电子装置包括一个或多个处理单元、存储器、以及存储器中存储的多个程序。这些程序在由一个或更多个处理单元执行时，使电子装置执行如上文所描述的使用基于矩阵的帧内预测来预测视频数据的当前块的方法。
根据本申请的第三方面，一种非暂时性计算机可读存储介质存储用于由具有一个或更多个处理单元的电子装置执行的多个程序。这些程序在由一个或更多个处理单元执行时，使电子装置执行如上文所描述的使用基于矩阵的帧内预测来预测视频数据的当前块的方法。
附图说明
附图被包括以提供对实施方式的进一步理解并且被并入本文并构成说明书的一部分，附图示出了所描述的实施方式并且与描述一起用于解释基本原理。相似的参考标号指代对应的部分。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频编码和解码系统的框图。
图2是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频编码器的框图。
图3是示出根据本公开的一些实施方式的示例性视频解码器的框图。
图4A至图4D是示出根据本公开的一些实施方式的如何将帧递归地四叉树分割为不同尺寸的多个视频块的框图。
图5A是示出根据本公开的一些实施方式的用于基于重建相邻块预测当前编解码块的67种候选帧内预测模式的框图。
图5B是示出根据本公开的一些实施方式的当前编解码块的五个重建相邻块的示例性位置的框图。
图6A和图6B是示出根据本公开的一些实施方式的不同尺寸的编解码块的两种基于矩阵的帧内预测方案的框图。
图7是示出根据本公开的一些实施方式的示例性过程的流程图，通过该示例性过程，视频编解码器实现生成最可能模式(MPM)候选列表的技术。
具体实施方式
现在将详细参照具体实施方式，其示例在附图中示出。在以下详细描述中，阐述了很多非限制性具体细节以便帮助理解本文呈现的主题。但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，各种替代方案可以被使用而不脱离权利要求的范围，并且主题可以没有这些具体细节而被实践。例如，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，本文呈现的主题可在具有数字视频能力的许多类型的电子设备上实现。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的用于并行地对视频块进行编码和解码的示例性系统10的框图。如图1中所示，系统10包括源设备12，源设备12生成并编码稍后将由目标设备14解码的视频数据。源设备12和目标设备14可包括各种各样的电子设备中的任何电子设备，包括台式计算机或膝上型计算机、平板计算机、智能电话、机顶盒、数字电视、相机、显示器设备、数字媒体播放器、视频游戏机、视频流传输设备等。在一些实施方式中，源设备12和目标设备14配备有无线通信能力。
在一些实施方式中，目标设备14可经由链路16接收待解码的编码视频数据。链路16可包括能够将编码视频数据从源设备12移动到目标设备14的任何类型的通信介质或设备。在一个示例中，链路16可包括使源设备12能够实时地将编码视频数据直接发送到目标设备14的通信介质。编码视频数据可根据通信标准(诸如无线通信协议)被调制，并且被发送到目标设备14。通信介质可包括任何无线或有线通信介质，诸如射频(RF)频谱或者一个或更多个物理传输线。通信介质可形成基于分组的网络(诸如局域网、广域网或全球网，诸如互联网)的一部分。通信介质可包括路由器、交换机、基站、或可有利于促进从源设备12到目标设备14的通信的任何其他装备。
在一些其他实施方式中，编码视频数据可从输出接口22被发送到存储设备32。随后，存储设备32中的编码视频数据可由目标设备14经由输入接口28被访问。存储设备32可包括各种分布式或本地访问的数据存储介质中的任何数据存储介质，诸如硬盘驱动器、蓝光光盘、DVD、CD-ROM、闪存存储器、易失性或非易失性存储器、或者用于存储编码视频数据的任何其他合适的数字存储介质。在另一示例中，存储设备32可对应于文件服务器或另一中间存储设备，其可保持由源设备12生成的编码视频数据。目标设备14可经由流传输或下载从存储设备32访问存储的视频数据。文件服务器可以是能够存储编码视频数据并且将编码视频数据发送到目标设备14的任何类型的计算机。示例性文件服务器包括web服务器(例如，用于网站)、FTP服务器、网络附属存储(NAS)设备、或本地磁盘驱动器。目标设备14可通过适合于访问文件服务器上存储的编码视频数据的任何标准数据连接来访问编码视频数据，标准数据连接包括无线信道(例如，Wi-Fi连接)、有线连接(例如，DSL、电缆调制解调器等)、或无线信道和有线连接两者的组合。编码视频数据从存储设备32的传输可以是流式传输、下载传输、或两者的组合。
如图1中所示，源设备12包括视频源18、视频编码器20和输出接口22。视频源18可包括诸如以下项的源或此类源的组合：视频捕获设备(例如，摄像机)、包含先前捕获的视频的视频存档、用于从视频内容提供者接收视频的视频馈送接口、和/或用于生成作为源视频的计算机图形数据的计算机图形系统。作为一个示例，如果视频源18是安全监控系统的摄像机，则源设备12和目标设备14可形成相机电话或视频电话。然而，本申请中所描述的实施方式可以一般性地适用于视频编解码，并且可以应用于无线应用和/或有线应用。
捕获的、预先捕获的或计算机生成的视频可以由视频编码器20编码。编码视频数据可以经由源设备12的输出接口22直接发送到目标设备14。编码视频数据也可以(或可替换地)存储到存储设备32上以供稍后被目标设备14或其他设备访问，以用于解码和/或回放。输出接口22可进一步包括调制解调器和/或发送器。
目标设备14包括输入接口28、视频解码器30和显示器设备34。输入接口28可包括接收器和/或调制解调器，并且通过链路16接收编码视频数据。通过链路16传送的或在存储设备32上提供的编码视频数据可包括由视频编码器20生成的各种语义元素，以供视频解码器30在解码视频数据时使用。此类语义元素可被包括在通信介质上发送的、存储介质上存储的或文件服务器上存储的编码视频数据内。
在一些实施方式中，目标设备14可包括显示器设备34，显示器设备34可以是集成显示器设备和被配置为与目标设备14通信的外部显示器设备。显示器设备34将解码视频数据显示给用户，并且可包括各种显示器设备中的任何显示器设备，诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、或另一类型的显示器设备。
视频编码器20和视频解码器30可根据专有标准或行业标准(诸如VVC、HEVC、MPEG-4、Part 10、高级视频编解码AVC)或此类标准的扩展进行操作。应当理解，本申请不限于特定的视频编解码/解码标准，并且可适用于其他视频编解码/解码标准。通常认为源设备12的视频编码器20可被配置为根据这些当前标准或未来标准中的任何标准对视频数据进行编码。类似地，还通常认为目标设备14的视频解码器30可被配置为根据这些当前标准或未来标准中的任何标准对视频数据进行解码。
视频编码器20和视频解码器30各自可被实现为各种合适的编码器电路系统中的任何电路系统，诸如一个或更多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑、软件、硬件、固件或其任何组合。当部分地以软件实现时，电子设备可将用于软件的指令存储于合适的非暂时性计算机可读介质中，并且使用一个或更多个处理器执行硬件中的指令以执行本公开中所公开的视频编解码/解码操作。视频编码器20和视频解码器30中的每一个可被包括在一个或更多个编码器或解码器中，编码器或解码器中的任一者可被集成为相应设备中的组合式编码器/解码器(CODEC)的一部分。
图2是示出根据本申请中描述的一些实施方式的示例性视频编码器20的框图。视频编码器20可执行对视频帧内的视频块的帧内预测编解码和帧间预测编解码。帧内预测编解码依赖于空间预测以减少或去除给定视频帧或图片内的视频数据中的空间冗余。帧间预测编解码依赖于时间预测以减少或去除视频序列的邻近视频帧或图片内的视频数据中的时间冗余。
如图2中所示，视频编码器20包括视频数据存储器40、预测处理单元41、解码图片缓冲器(DPB)64、加法器50、变换处理单元52、量化单元54和熵编码单元56。预测处理单元41进一步包括运动估计单元42、运动补偿单元44、分割单元45、帧内预测处理单元46和帧内块复制(BC)单元48。在一些实施方式中，视频编码器20还包括用于视频块重建的反量化单元58、逆变换处理单元60和加法器62。去块滤波器(未示出)可位于加法器62与DPB 64之间，以对块边界进行滤波以从重建视频去除块效应。除了去块滤波器之外，还可使用环路滤波器(未示出)来对加法器62的输出进行滤波。视频编码器20可采取固定或可编程硬件单元的形式，或者可分散在所示固定或可编程硬件单元中的一个或更多个中。
视频数据存储器40可存储将由视频编码器20的组件编码的视频数据。视频数据存储器40中的视频数据可例如从视频源18获得。DPB 64是缓冲器，其存储供视频编码器20(例如，以帧内或帧间预测编解码模式)在编码视频数据时使用的参考视频数据。视频数据存储器40和DPB 64可由各种存储器设备中的任何存储器设备形成。在各种示例中，视频数据存储器40可与视频编码器20的其他组件一起在芯片上，或相对于那些组件在芯片外。
如图2中所示，在接收到视频数据之后，预测处理单元41内的分割单元45将视频数据分割为视频块。此分割还可包括根据与视频数据相关联的预定义的划分结构(诸如四叉树结构)将视频帧分割为条带、瓦片(tile)或其他更大编解码单元(CU)。视频帧可被分为多个视频块(或被称为瓦片的视频块集合)。预测处理单元41可基于误差结果(例如，编解码速率和失真等级)为当前视频块选择多个可能预测编解码模式中的一个，诸如多个帧内预测编解码模式中的一个或多个帧间预测编解码模式中的一个。预测处理单元41可将所得的帧内预测编解码块或帧间预测编解码块提供给加法器50以生成残差块，并且提供给加法器62以重建编码块以用于随后作为参考帧的一部分使用。预测处理单元41还将语义元素(诸如运动矢量、帧内模式指示符、分割信息和其他此类语义信息)提供给熵编码单元56。
为了选择用于当前视频块的合适的帧内预测编解码模式，预测处理单元41内的帧内预测处理单元46可以相对于与待编解码的当前块在同一帧中的一个或更多个相邻块，执行当前视频块的帧内预测编解码以提供空间预测。预测处理单元41内的运动估计单元42和运动补偿单元44相对于一个或更多个参考帧中的一个或更多个预测块，执行当前视频块的帧间预测编解码以提供时间预测。视频编码器20可执行多个编解码遍次，例如，来为视频数据的每个块选择合适的编解码模式。
在一些实施方式中，运动估计单元42通过根据视频帧序列内的预定模式生成运动矢量来确定用于当前视频帧的帧间预测模式，运动矢量指示当前视频帧内的视频块的预测单元(PU)相对于参考视频帧内的预测块的位移。由运动估计单元42执行的运动估计是生成运动矢量的过程，这些运动矢量估计针对视频块的运动。运动矢量例如可指示当前视频帧或图片内的视频块的PU相对于参考帧(或其他编解码单元)内的预测块的位移，预测块是相对于当前帧(或其他编解码单元)内正被编解码的当前块的。预定模式可将序列中的视频帧指定为P帧或B帧。帧内BC单元48可以按照与由运动估计单元42针对帧间预测确定运动矢量类似的方式确定用于帧内BC编解码的矢量(例如，块矢量)，或可以利用运动估计单元42确定块矢量。
在像素差方面，预测块是被认为与待编解码视频块的PU紧密匹配的参考帧的块，像素差可由绝对差总和(SAD)、平方差总和(SSD)或其他差度量确定。在一些实施方式中，视频编码器20可计算用于DPB 64中存储的参考帧的亚整数像素位置的值。例如，视频编码器20可对参考帧的四分之一像素位置、八分之一像素位置或其他分数像素位置的值进行内插。因此，运动估计单元42可相对于全像素位置和分数像素位置执行运动搜索，并且输出具有分数像素精度的运动矢量。
运动估计单元42通过以下方式来计算针对帧间预测编解码帧中的视频块的PU的运动矢量：将PU的位置与从第一参考帧列表(列表0)或第二参考帧列表(列表1)选择的参考帧的预测块的位置进行比较，第一参考帧列表和第二参考帧列表中的每一个参考帧列表标识DPB 64中存储的一个或更多个参考帧。运动估计单元42将计算的运动矢量发送到运动补偿单元44，并且然后发送到熵编码单元56。
由运动补偿单元44执行的运动补偿可涉及基于由运动估计单元42确定的运动矢量提取或生成预测块。一经接收到针对当前视频块的PU的运动矢量，运动补偿单元44可在参考帧列表中的一个参考帧列表中定位运动矢量所指向的预测块，从DPB 64取回预测块，并且将预测块转发到加法器50。加法器50然后通过从正被编解码的当前视频块的像素值减去由运动补偿单元44提供的预测块的像素值，来形成像素差值的残差视频块。形成残差视频块的像素差值可包括亮度差分量或色度差分量或两者。运动补偿单元44还可生成与视频帧的视频块相关联的语义元素，以供视频解码器30在解码视频帧的视频块时使用。语义元素可包括例如定义用于识别预测块的运动矢量的语义元素、指示预测模式的任何标志、或本文描述的任何其他语义信息。注意，运动估计单元42和运动补偿单元44可高度集成，但出于概念目的而单独说明。
在一些实施方式中，帧内BC单元48可以按照与上文结合运动估计单元42和运动补偿单元44所描述的方式类似的方式生成矢量并提取预测块，但是这些预测块在与正被编解码的当前块的同一帧中，并且这些矢量被称为块矢量而非运动矢量。具体地，帧内BC单元48可确定将用于编码当前块的帧内预测模式。在一些示例中，帧内BC单元48可以例如在单独的编码遍次期间使用各种帧内预测模式来编码当前块，并且通过率失真分析来测试它们的性能。接下来，帧内BC单元48可在各种经测试的帧内预测模式中选择合适的帧内预测模式来使用，并且相应地生成帧内模式指示符。例如，帧内BC单元48可使用率失真分析针对各种经测试的帧内预测模式计算率失真值，并且在经测试的模式中选择具有最佳率失真特性的帧内预测模式作为合适的帧内预测模式来使用。率失真分析一般确定编码块与被编码以产生编码块的原始未编码块之间的失真(或误差)量、以及用于产生编码块的比特率(即，比特数量)。帧内BC单元48可从针对各种编码块的失真和速率来计算比率，以确定哪个帧内预测模式展现针对块的最佳率失真值。
在其他示例中，帧内BC单元48可全部或部分地使用运动估计单元42和运动补偿单元44来执行根据本文描述的实施方式的用于帧内BC预测的此类功能。在任一情况下，对于帧内块复制，在像素差方面，预测块可以是被认为与待编解码的块紧密匹配的块，像素差可由绝对差总和(SAD)、平方差总和(SSD)或其他差度量确定，并且预测块的识别可包括计算针对亚整数像素位置的值。
无论预测块是来自根据帧内预测的同一帧还是来自根据帧间预测的不同帧，视频编码器20可通过从正被编解码的当前视频块的像素值减去预测块的像素值来形成像素差值，从而形成残差视频块。形成残差视频块的像素差值可包括亮度分量差和色度分量差两者。
作为如上文所描述的由运动估计单元42和运动补偿单元44执行的帧间预测或由帧内BC单元48执行的帧内块复制预测的替代方案，帧内预测处理单元46可对当前视频块进行帧内预测。具体地，帧内预测处理单元46可确定帧内预测模式以用于编码当前块。为了这样做，帧内预测处理单元46可以例如在单独的编码遍次期间使用各种帧内预测模式来编码当前块，并且帧内预测处理单元46(或者在一些示例中是模式选择单元)可从已测试的帧内预测模式中选择合适的帧内预测模式来使用。帧内预测处理单元46可将指示针对块选择的帧内预测模式的信息提供给熵编码单元56。熵编码单元56可将指示所选择的帧内预测模式的信息编码在比特流中。
在预测处理单元41经由帧间预测或帧内预测确定针对当前视频块的预测块之后，加法器50通过从当前视频块减去预测块来形成残差视频块。残差块中的残差视频数据可被包括在一个或更多个变换单元(TU)中并且被提供给变换处理单元52。变换处理单元52使用变换(诸如离散余弦变换(DCT)或概念上类似的变换)将残差视频数据变换为残差变换系数。
变换处理单元52可将所得的变换系数发送到量化单元54。量化单元54对变换系数进行量化以进一步减小比特率。量化过程还可以减小与系数中的一些或全部系数相关联的比特深度。量化程度可通过调整量化参数被修改。在一些示例中，量化单元54然后可以执行对包括量化变换系数的矩阵的扫描。备选地，熵编码单元56可执行扫描。
在量化之后，熵编码单元56使用例如上下文自适应可变长度编解码(CAVLC)、上下文自适应二进制算术编解码(CABAC)、基于语义的上下文自适应二进制算术编解码(SBAC)、概率区间分割熵(PIPE)编解码或另一熵编码方法或技术，将量化的变换系数熵编码成视频比特流。编码的比特流然后可以被发送到视频解码器30，或存档于存储设备32中以供稍后发送到视频解码器30或由视频解码器30取回。熵编码单元56还可以对用于正被编解码的当前视频帧的运动矢量和其他语义元素进行熵编码。
反量化单元58和逆变换处理单元60分别应用反量化和逆变换以在像素域中重建残差视频块，以用于生成用于预测其他视频块的参考块。如上文指出的，运动补偿单元44可从DPB 64中存储的帧的一个或更多个参考块生成经运动补偿的预测块。运动补偿单元44还可将一个或更多个内插滤波器应用于预测块，以计算亚整数像素值以用于在运动估计时使用。
加法器62将重建的残差块加到由运动补偿单元44产生的经运动补偿的预测块来产生参考块以存储在DPB 64中。参考块然后可以由帧内BC单元48、运动估计单元42和运动补偿单元44用作预测块，以对后续视频帧中的另一视频块进行帧间预测。
图3是示出根据本申请的一些实施方式的示例性视频解码器30的框图。视频解码器30包括视频数据存储器79、熵解码单元80、预测处理单元81、反量化单元86、逆变换处理单元88、加法器90和DPB 92。预测处理单元81进一步包括运动补偿单元82、帧内预测处理单元84和帧内BC单元85。视频解码器30可执行与上文结合图2关于视频编码器20所描述的编码过程大体上互逆的解码过程。例如，运动补偿单元82可基于从熵解码单元80接收的运动矢量生成预测数据，而帧内预测单元84可基于从熵解码单元80接收的帧内预测模式指示符生成预测数据。
在一些示例中，视频解码器30的单元可被分派任务以执行本申请的实施方式。此外，在一些示例中，本公开的实施方式可分散在视频解码器30的多个单元中的一个或更多个单元中。例如，帧内BC单元85可单独地或与视频解码器30的其他单元(诸如，运动补偿单元82、帧内预测处理单元84和熵解码单元80)组合地执行本申请的实施方式。在一些示例中，视频解码器30可以不包括帧内BC单元85，并且帧内BC单元85的功能可由预测处理单元81的其他组件(诸如运动补偿单元82)执行。
视频数据存储器79可存储将由视频解码器30的其他组件解码的视频数据，诸如经编码的视频比特流。视频数据存储器79中存储的视频数据可例如从存储设备32、从本地视频源(诸如相机)、经由视频数据的有线或无线网络通信获得，或通过访问物理数据存储介质(例如，闪存驱动器或硬驱动器)获得。视频数据存储器79可包括经编解码的图片缓冲器(CPB)，经编解码的图片缓冲器存储来自经编码的视频比特流的经编码的视频数据。视频解码器30的解码图片缓冲器(DPB)92存储参考视频数据，以供视频解码器30(例如，以帧内或帧间预测编解码模式)在对视频数据进行解码时使用。视频数据存储器79和DPB 92可由各种存储器设备中的任何存储器设备形成，诸如动态随机存取存储器(DRAM)(包括同步DRAM(SDRAM))、磁阻式RAM(MRAM)、电阻式RAM(RRAM)、或其他类型的存储器设备。出于说明性目的，视频数据存储器79和DPB 92在图3中描绘为视频解码器30的两个不同组件。但是对于本领域的技术人员将显而易见的是，视频数据存储器79和DPB 92可由同一存储器设备或单独存储器设备提供。在一些示例中，视频数据存储器79可与视频解码器30的其他组件一起在芯片上，或相对于那些组件在芯片外。
在解码过程期间，视频解码器30接收经编码的视频比特流，经编码的视频比特流表示经编码的视频帧的视频块和相关联的语义元素。视频解码器30可在视频帧级别和/或视频块级别接收语义元素。视频解码器30的熵解码单元80对比特流进行熵解码以生成量化系数、运动矢量或帧内预测模式指示符、以及其他语义元素。熵解码单元80然后将运动矢量和其他语义元素转发到预测处理单元81。
当视频帧被编解码为帧内预测编解码(I)帧或被编解码用于其他类型的帧中的帧内编解码预测块时，预测处理单元81的帧内预测处理单元84可基于用信号通知的帧内预测模式和来自当前帧的先前解码块的参考数据，来生成用于当前视频帧的视频块的预测数据。
当视频帧被编解码为帧间预测编解码(即，B或P)帧时，预测处理单元81的运动补偿单元82基于从熵解码单元80接收的运动矢量和其他语义元素，产生针对当前视频帧的视频块的一个或更多个预测块。预测块中的每一个预测块可从参考帧列表中的一个参考帧列表内的参考帧产生。视频解码器30可基于DPB 92中存储的参考帧，使用默认构建技术来构建参考帧列表，列表0和列表1。
在一些示例中，当根据本文描述的帧内BC模式对视频块进行编解码时，预测处理单元81的帧内BC单元85基于从熵解码单元80接收的块矢量和其他语义元素产生针对当前视频块的预测块。预测块可以在由视频编码器20定义的与当前视频块的同一图片的重建区域内。
运动补偿单元82和/或帧内BC单元85通过解析运动矢量和其他语义元素来确定针对当前视频帧的视频块的预测信息，并且然后使用该预测信息产生针对正被解码的当前视频块的预测块。例如，运动补偿单元82使用接收到的语义元素中的一些语义元素来确定用于对视频帧的视频块进行编解码的预测模式(例如，帧内预测或帧间预测)、帧间预测帧类型(例如，B或P)、用于针对帧的参考帧列表中的一个或更多个参考帧列表的构建信息、用于帧的每个帧间预测编码视频块的运动矢量、用于帧的每个帧间预测编解码视频块的帧间预测状态、以及用于解码当前视频帧中的视频块的其他信息。
类似地，帧内BC单元85可使用接收到的语义元素中的一些语义元素，例如标志，以确定当前视频块是使用帧内BC模式预测的、帧的哪些视频块在重建区域内且应被存储在DPB 92中的构建信息、用于帧的每个帧内BC预测视频块的块矢量、用于帧的每个帧内BC预测视频块的帧内BC预测状态、以及用于解码当前视频帧中的视频块的其他信息。
运动补偿单元82还可使用如由视频编码器20在视频块的编码期间使用的内插滤波器执行内插，以计算针对参考块的亚整数像素的内插值。在这种情况下，运动补偿单元82可从接收到的语义元素确定由视频编码器20使用的内插滤波器，并且使用这些内插滤波器来产生预测块。
反量化单元86使用由视频编码器20为了确定量化程度针对视频帧中的每个视频块计算的相同量化参数，对在比特流中提供且由熵解码单元80熵解码的经量化的变换系数进行反量化。逆变换处理单元88将逆变换(例如，逆DCT、逆整数变换、或概念上类似的逆变换过程)应用于变换系数，以便在像素域中重建残差块。
在运动补偿单元82或帧内BC单元85基于矢量和其他语义元素生成针对当前视频块的预测块之后，加法器90通过将来自逆变换处理单元88的残差块与由运动补偿单元82和帧内BC单元85生成的对应预测块相加，来重建针对当前视频块的经解码的视频块。环路滤波器(未图示)可位于加法器90与DPB 92之间以进一步处理经解码的视频块。给定帧中的经解码的视频块然后被存储在DPB 92中，DPB 92存储用于接下来的视频块的后续运动补偿的参考帧。DPB 92或与DPB 92分离的存储器设备还可以存储经解码的视频，以用于稍后呈现在显示器设备(诸如，图1的显示器设备34)上。
在典型的视频编解码过程中，视频序列通常包括帧或图片的有序集合。每一帧可包括三个样点阵列，标示为SL、SCb和SCr。SL是亮度样点的二维阵列。SCb是Cb色度样点的二维阵列。SCr是Cr色度样点的二维阵列。在其他情况下，帧可以是单色的并且因此仅包括亮度样点的一个二维阵列。
如图4A中所示，视频编码器20(或更具体地是分割单元45)通过首先将帧分割为编解码树单元(CTU)的集合来生成帧的编码表示。视频帧可包括按照从左到右且从顶部到底部的光栅扫描顺序连续排序的整数个CTU。每个CTU为最大逻辑编解码单元，并且CTU的宽度和高度由视频编码器20在序列参数集中用信号发送，使得视频序列中的所有CTU具有128×128、64×64、32×32和16×16之一的相同尺寸。但是应当注意，本申请不必限于特定尺寸。如图4B中所示，每个CTU可包括亮度样点的一个编解码树块(CTB)、色度样点的两个对应编解码树块、以及用于对编解码树块的样点进行编解码的语义元素。语义元素描述像素的编解码块的不同类型的单元的性质以及视频序列可以如何在视频解码器30处被重建，包括帧间预测或帧内预测、帧内预测模式、运动矢量和其他参数。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，CTU可包括单个编解码树块以及用于对编解码树块的样点进行编解码的语义元素。编解码树块可以是N×N的样点块。
为了实现更好的性能，视频编码器20可对CTU的编解码树块递归地执行树分割，诸如二叉树分割、四叉树分割或两者的组合，并且将CTU划分为更小的编解码单元(CU)。如图4C中所描绘的，64×64的CTU 400首先被划分为四个更小的CU，每个CU具有32×32的块尺寸。在四个更小的CU中，CU 410和CU 420均按块尺寸被划分为四个16×16的CU。两个16×16的CU 430和CU 440均按块尺寸被进一步划分为四个8×8的CU。图4D描绘了一种四叉树数据结构，其示出了如图4C中所描绘的CTU 400的分割过程的最终结果，四叉树的每个叶节点对应于范围从32×32到8×8的相应尺寸的一个CU。类似于图4B中所描绘的CTU，每个CU可包括相同尺寸的帧的亮度样点的编解码块(CB)和色度样点的两个对应编解码块、以及用于对编解码块的样点进行编解码的语义元素。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，CU可包括单个编解码块以及用于对编解码块的样点进行编解码的语义结构。
在一些实施方式中，视频编码器20可进一步将CU的编解码块分割为一个或更多个M×N的预测块(PB)。预测块是应用相同预测(帧间预测或帧内预测)的样点的矩形(正方形或非正方形)块。CU的预测单元(PU)可包括亮度样点的预测块、色度样点的两个对应预测块、以及用于对预测块进行预测的语义元素。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，PU可包括单个预测块以及用于对预测块进行预测的语义结构。视频编码器20可针对CU的每个PU的亮度预测块、Cb预测块和Cr预测块生成预测亮度块、预测Cb块和预测Cr块。
视频编码器20可使用帧内预测或帧间预测来生成针对PU的预测块。如果视频编码器20使用帧内预测来生成PU的预测块，则视频编码器20可基于与PU相关联的帧的已解码样点来生成PU的预测块。如果视频编码器20使用帧间预测来生成PU的预测块，则视频编码器20可基于除了与PU相关联的帧之外的一个或更多个帧的已解码样点来生成PU的预测块。
在视频编码器20生成了针对CU的一个或更多个PU的预测亮度块、预测Cb块和预测Cr块之后，视频编码器20可通过从CU的原始亮度编解码块减去CU的预测亮度块来生成针对CU的亮度残差块，使得CU的亮度残差块中的每个样点指示CU的预测亮度块中的一个预测亮度块中的亮度样点与CU的原始亮度编解码块中的对应样点之间的差。类似地，视频编码器20可分别生成针对CU的Cb残差块和Cr残差块，使得CU的Cb残差块中的每个样点指示CU的预测Cb块中的一个预测Cb块中的Cb样点与CU的原始Cb编解码块中的对应样点之间的差，并且CU的Cr残差块中的每个样点可指示CU的预测Cr块中的一个预测Cr块中的Cr样点与CU的原始Cr编解码块中的对应样点之间的差。
此外，如图4C中所示，视频编码器20可使用四叉树分割将CU的亮度残差块、Cb残差块和Cr残差块分解为一个或更多个亮度变换块、Cb变换块和Cr变换块。变换块是应用相同变换的样点的矩形(正方形或非正方形)块。CU的变换单元(TU)可包括亮度样点的变换块、色度样点的两个对应变换块、以及用于对变换块样点进行变换的语义元素。因此，CU的每个TU可与亮度变换块、Cb变换块和Cr变换块相关联。在一些示例中，与TU相关联的亮度变换块可以是CU的亮度残差块的子块。Cb变换块可以是CU的Cb残差块的子块。Cr变换块可以是CU的Cr残差块的子块。在单色图片或具有三个单独颜色平面的图片中，TU可包括单个变换块以及用于对变换块的样点进行变换的语义结构。
视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的亮度变换块以生成针对TU的亮度系数块。系数块可以是变换系数的二维阵列。变换系数可以是标量。视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的Cb变换块以生成针对TU的Cb系数块。视频编码器20可将一个或更多个变换应用于TU的Cr变换块以生成针对TU的Cr系数块。
在生成了系数块(例如，亮度系数块、Cb系数块或Cr系数块)之后，视频编码器20可对系数块进行量化。量化通常是指这样的过程，在该过程中，变换系数被量化以有可能减少用于表示变换系数的数据量，而提供进一步的压缩。在视频编码器20对系数块进行量化之后，视频编码器20可对指示量化的变换系数的语义元素进行熵编码。例如，视频编码器20可对指示量化的变换系数的语义元素执行上下文自适应二进制算术编解码(CABAC)。最后，视频编码器20可以输出包括比特序列的比特流，比特序列形成经编解码的帧和相关联的数据的表示，比特流被保存在存储设备32中或被发送到目标设备14。
在接收到由视频编码器20生成的比特流之后，视频解码器30可对比特流进行解析以从比特流获得语义元素。视频解码器30可至少部分地基于从比特流获得的语义元素来重建视频数据的帧。重建视频数据的过程大体上与由视频编码器20执行的编码过程互逆。例如，视频解码器30可以对与当前CU的TU相关联的系数块执行逆变换，以重建与当前CU的TU相关联的残差块。视频解码器30还通过将针对当前CU的PU的预测块的样点加到当前CU的TU的变换块的对应样点，来重建当前CU的编解码块。在重建针对帧的每个CU的编解码块之后，视频解码器30可重建该帧。
如上文指出的，视频编解码主要使用两种模式，也即帧内部预测(或帧内预测)和帧之间预测(或帧间预测)来实现视频压缩。应注意，IBC可被视为帧内预测或第三模式。在两种模式之间，帧间预测比帧内预测对编解码效率的贡献更大，这是因为使用了运动矢量从参考视频块预测当前视频块。
图5A是示出根据本公开的一些实施方式的用于基于重建相邻块对当前编解码块进行预测的67种常规帧内预测模式的框图。这67种常规帧内预测模式包括65种角度模式(示出为模式索引2至33是“水平模式集合”，并且模式索引34至66是“竖直模式集合”)加上两种非角度模式，被称为“平面模式”(模式索引0)和“DC模式”(模式索引1)，统称为“非角度模式集合”。本公开的实施方式被应用至用于帧内预测的任何数量的角度模式。例如，模式的数量可以是如HEVC中所使用的35或者大于35的某一其他数量的模式。尽管实施方式可被应用于仅几个所选择的颜色分量(诸如亮度分量或色度分量)的帧内预测模式编解码，但对本领域的普通技术人员将显而易见的是，它们可被应用于所有可用颜色分量(亮度和两个色度)或者任何其他组合。
根据本公开的一些实施方式，视频编解码器(诸如视频编码器20或视频解码器30)可检查相邻块的组中的三个或更多个相邻块以识别帧内预测模式，从而生成针对当前块的最可能模式(MPM)候选列表。如果相邻块是使用帧内预测模式被编解码的，则视频编解码器可将用于对相邻块进行编解码的帧内预测模式添加到针对当前块的MPM候选列表。由视频编解码器20检查的相邻块的位置相对于当前块可以是固定的。
图5B是示出根据本公开的一些实施方式的当前编解码块的五个重建相邻块的示例性位置的框图。例如，五个相邻块的位置可包括左侧(L)块、上方(A)块、左下方(BL)块、右上方(AR)块、和/或左上方(AL)块。相邻块的其他位置也可以被使用。来自相邻块的帧内预测模式被添加到MPM候选列表的顺序可以取决于许多因素，诸如当前块尺寸、块是否具有某种形状(诸如矩形或正方形)、或者基于上下文信息(诸如相邻块的尺寸或形状以及相邻块的帧内预测模式的类型或频率)。注意，图5B中的五个邻近位置被提供为示例，但在使用实施方式构建MPM候选列表时可以考虑更少或更多的相邻块。
一般来说，视频编解码器可从不同MPM类型生成MPM候选列表。不同类型包括但不限于基于邻居的帧内预测模式、推导的帧内预测模式和默认帧内预测模式。基于邻居的帧内预测模式是指被用于相邻块的帧内预测模式。默认帧内预测模式是指不随着相邻块改变的恒定帧内预测模式。(多种)默认帧内预测模式可以是平面模式、DC模式、水平模式或竖直模式中的一种模式。推导的帧内预测模式是指根据基于邻居的帧内预测模式或默认帧内预测模式推导出的帧内预测模式。推导的帧内预测模式可以不是相邻块的实际帧内预测模式。它可以是从相邻块的实际帧内预测模式推导出或以某一其他方式推导出的帧内预测模式。例如，推导的帧内预测模式可以是基于邻居的帧内预测模式±1、±2等。推导的帧内预测模式还可以通过另一已有的推导的帧内预测模式生成。
视频编解码器可根据帧内预测模式类型将帧内预测模式添加到MPM候选列表。例如，视频编解码器可首先添加基于邻居的帧内预测模式，然后在基于邻居的帧内预测模式的数量小于N时添加推导的帧内预测模式，并且然后在基于邻居的帧内预测模式和推导的帧内预测模式的总数仍小于N时添加默认帧内预测模式。在另一实施方式中，视频编解码器可以以交错的方式添加不同类型的帧内预测模式。例如，视频编解码器可以在将某个数量的基于邻居的帧内预测模式添加到列表之后添加一个或更多个默认帧内预测模式。可选地，视频编解码器可添加两个基于邻居的帧内预测模式、两个默认帧内预测模式，并且然后添加更多的基于邻居的帧内预测模式。
仅独有的基于邻居的帧内预测模式将被添加到MPM候选列表。例如，如果相邻块中的一个相邻块具有已被添加到MPM候选列表的相同帧内预测模式，则这样的模式不再次被添加到列表。相邻块的位置可由子块尺寸(例如，4×4)表示，意味着其是帧内预测模式信息被存储的粒度。在另一示例中，帧内预测模式信息可按每个像素或针对更大的块(诸如8×8)被指定。如果色度分量相比于亮度分量被子采样(诸如以4：2：0颜色格式)，则色度分量子块位置可以更小，例如2×2，其可对应于亮度4×4。
在一些实施方式中，取决于相邻块尺寸，图5B中所描绘的相邻块的多个位置可能属于同一CU。例如，如果相邻块是16×16并且当前被编解码的块是8×8，则左上方位置和左侧位置可以属于同一16×16的相邻块，其中帧内预测模式信息针对那些位置将是相同的。
邻近位置的数量M可以等于MPM候选列表大小N，但可以更小或更大。在一个示例中，数量M可小于N来分配一些空间以将其他类型的帧内预测模式(例如，推导的帧内预测模式或默认帧内预测模式)包括到MPM候选列表中。位置的数量可取决于当前块和/或相邻块的特性，诸如块尺寸、块是正方形还是矩形、矩形块是水平定向的矩形块(宽度大于高度)还是竖直定向的矩形块(宽度小于高度)、高度与宽度之间的比率、以及高度和宽度之中的较大值与较小值之间的比率。位置的数量还可取决于相邻块的预测模式(例如，帧内或帧间)。
当块是使用帧内预测模式被编解码时，视频编码器(例如，视频编码器20)可生成针对该块的MPM候选列表。视频解码器(例如，视频解码器30)可通过实施由视频编码器实施的相同MPM候选列表生成过程，来生成如由视频编码器确定的相同MPM候选列表。由于视频编码器和视频解码器生成相同的MPM候选列表，视频编码器可通过用信号发送与MPM候选列表中的特定候选相对应的索引值来将帧内预测模式用信号发送到视频解码器。除非明确陈述为相反，否则本文所描述的MPM候选列表生成实施方式可以由视频编码器或视频解码器执行。
除了前述的常规帧内预测模式之外，已经提出了多个MBIP模式，用于通过对相邻块重建像素应用线性矩阵变换来从相邻块对当前块执行帧内预测。图6A和图6B是示出根据本公开的实施方式的不同尺寸的编解码块的两种基于矩阵的帧内预测方案的框图。
首先，来自上方相邻块和左侧相邻块的重建像素被滤波并且可选地被下采样。例如，对于图6B中所描绘的8×8的编解码块，分别来自上方相邻块和左侧相邻块的8个像素按因子2被下采样以从每一侧推导4个下采样的像素。同样地，对于图6A中所描绘的4×4的编解码块，分别来自上方相邻块和左侧相邻块的2个像素按因子2被下采样以从每一侧推导2个下采样的像素。
其次，下采样的像素被重新排列为一维矢量，对该一维矢量以预定义矩阵执行矩阵乘法，然后加上偏置偏移矢量。在矩阵乘法和偏置偏移之后，结果被重新排列回到二维阵列以形成经矩阵变换的二维结果。取决于当前块尺寸，经矩阵变换的二维结果可以在子采样域中。例如，如果经矩阵变换的二维结果具有4×4的尺寸，则如果当前块尺寸是8×8则认为其在子采样域中(参见例如，图6B)，并且如果当前块尺寸是4×4则认为其不在子采样域中(参见例如，图6A)。
最后，对于图6B中描绘的场景，经矩阵变换的二维结果被上采样/插值以形成针对当前编解码块的预测值。但是对于图6A中描绘的场景，经矩阵变换的二维结果已经具有4×4的尺寸，不需要进行上采样/插值以形成针对当前编解码块的预测值。值得注意的是，图6A和图6B中提供的示例是说明性实施方式。
尽管MBIP克服了与常规帧内预测模式相关联的一些问题，但是它仍然对新编解码器标准的设计和实现引入了一些新的挑战。例如，67个MBIP模式需要67个系数矩阵和67个偏置偏移矢量。假设每个矩阵/矢量系数是10比特精度数，则将花费几乎8K字节的存储器空间来存储这些值。这可能增加MBIP的基于芯片的实施方式的物理尺寸和功率使用。
在一些实施方式中，替代针对MBIP矩阵和偏置偏移矢量中的每个系数使用10比特精度，使用较低精度来节省存储这些系数所需的存储器空间。例如，9比特或甚至8比特精度被用于MBIP矩阵和偏置偏移矢量中的每个系数，以节省至少10％的存储器空间。
在一些实施方式中，不同精度可分别用于MBIP矩阵和偏置偏移矢量中的系数，这是因为从MBIP得到的编解码效率对偏置偏移矢量的精度不如其对MBIP矩阵的精度那么敏感。例如，10比特精度仍可被用于MBIP矩阵中的系数，而较低的精度(例如，9比特或更低)被用于偏置偏移矢量中的系数。此外，有可能完全跳过偏置偏移矢量。换言之，如果重建像素的质量令人满意，则MBIP仅对相邻块的像素执行矩阵乘法并且跳过偏置矢量的添加，以节省更多的存储器空间。
在又一些实施方式中，仅是与最小块尺寸相对应的MBIP矩阵和偏置矢量被存储在存储器中，而与更大块尺寸相对应的其他MBIP矩阵和偏置偏移矢量从最小尺寸的那些MBIP矩阵和偏置偏移矢量被上采样和/或插值得到。例如，仅保存针对4×4的块定义的矩阵和偏置偏移矢量。当MBIP模式被应用于8×8或16×16的块时，针对4×4的块定义的MBIP矩阵和偏置偏移被相应地上采样和/或插值(例如，双线性插值)到针对8×8或16×16的块定义的尺寸，并且然后用于预测当前块。
如上面结合图6A和图6B所指出的，对来自相邻块的重建像素应用滤波和下采样操作，这需要额外的逻辑并且因此需要用于编解码器实现的物理空间。
在一些实施方式中，在MBIP模式下的滤波和/或下采样过程中使用3抽头帧内平滑滤波器，3抽头帧内平滑滤波器在常规帧内预测模式中被应用于相邻块的重建像素。在又一些实施方式中，在下采样之前不对相邻块的重建像素执行滤波操作。换言之，直接对来自相邻块的重建像素执行下采样，而无需预先执行的任何滤波操作。
帧内模式的编解码效率不仅依赖于角度编解码模式的数量，而且依赖于可被访问的重建样点的范围。在一些实施方式中，在MBIP模式下的滤波和下采样过程中也使用来自右上方(AR)块、左上方(AL)块和左下方(BL)块的重建像素以得到更好的编解码效率。此外，当使用MBIP模式对当前块进行编解码时，可以从上方相邻块(A)和从左侧相邻块(L)分别使用来自相邻块的不同数量的重建像素。例如，如果当前块的高宽比为非正方形(例如，竖直矩形)，则在MBIP模式下，相比于当前块的较短边，可从沿着当前块的较长边的左侧相邻块(L)使用更多的相邻重建像素。在一些情况下，在当前块的高宽比超过某个阈值(例如，3比1)时，在MBIP模式下仅使用来自沿着当前块的较长边的相邻块的重建像素，并且完全不使用来自沿着当前块的较短边的相邻块的重建像素。
矩阵乘法是计算上昂贵的运算。存在这样的某些情形：因为在与MBIP相关联的复杂度相比时与MBIP相关联的收益不合理，所以MBIP模式被禁用，例如，
·如果当前块的宽度是当前块的高度的四倍；
·如果当前编解码块的高度是当前块的宽度的四倍；
·如果当前块的宽度或高度大于64；以及
·如果当前块是色度块。
当这种情况发生时，可使用常规帧内预测模式来预测符合上述情形之一的当前块，并且如上文所描述的相应地针对当前块生成MPM候选列表。如果使用MBIP模式预测图5B中所描绘的当前块的五个相邻块之一，则需要将这样的MBIP模式转换为对应的常规帧内预测模式，以便被考虑用于预测当前块。
图7是示出根据本公开的一些实施方式的示例性过程的流程图，通过该示例性过程，视频编解码器实现生成最可能模式(MPM)候选列表的技术。如上文所描述的，这个视频编解码器可以是视频编码器20或视频解码器30。出于说明性目的，本公开在下面将视频编码器20用作示例。
据此假设视频编码器20将处理待编码的视频数据的当前块。在确定当前块将使用常规帧内预测模式(例如，图5A中所描绘的67种模式之一)被预测之后，视频编码器20需要通过检查图5B中所描绘的五个相邻块中的一个或更多个相邻块来生成针对当前块的MPM候选列表。视频编码器20首先识别(710)相对于当前块位于预定义位置的相邻块及其相关联的基于矩阵的帧内预测模式。假设左侧相邻块L被识别出，则视频编码器20确定左侧相邻块L是根据MBIP模式之一重建的。然而，由于针对当前块MBIP模式已被禁用，因此视频编码器20在生成MPM候选列表时需要确定什么常规帧内预测模式将与左侧相邻块L相关联。
在一些实施方式中，视频编码器20根据常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系，确定(730)与针对左侧相邻块L的MBIP模式相对应的常规帧内预测模式。例如，视频编码器20可将恒定值(例如，平面模式0)指配给(730-1)左侧相邻块L，而不管用于预测左侧相邻块L的实际MBIP模式如何。换言之，当视频编码器20考虑用于更新当前块的MPM候选列表的相邻块时，与常规帧内预测模式之一相对应的恒定值被用于表示相邻块。
在一些实施方式中，MBIP模式被设计为使得存在特定MBIP模式，这些特定MBIP模式分别以有利于DC帧内预测模式、平面帧内预测模式和/或方向帧内预测模式的块内容为目标。例如，MBIP模式(例如，模式0)被选择以有利于平面预测的块内容为目标，MBIP模式(例如，模式1)被选择以有利于DC预测的块内容为目标；并且多个MBIP模式(具有大于1的值)被选择以有利于具有不同方向的角度预测的块内容为目标。作为结果，MBIP模式与常规帧内预测模式之间的映射变得直接。
例如，假设MBIP帧内预测模式被定义为ModeMBIP并且常规帧内预测模式被定义为ModeINTRA(根据VVC，其范围从0至66)，当MBIP模式的总数也是67时，在常规帧内预测模式与MBIP模式之间存在如下的一对一映射：
·将常规帧内预测模式映射到MBIP模式；
·设置ModeMBIP＝ModeINTRA
·将MBIP模式映射到常规帧内预测模式：
·设置ModeINTRA＝ModeMBIP
换言之，当常规帧内预测模式的总数与基于矩阵的帧内预测模式的总数相同并且常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系被定义为常规帧内预测模式具有与基于矩阵的帧内预测模式的值相同的值时(730-3)。
当MBIP模式的总数为35时，以下映射逻辑被用于模式转换：
·将常规帧内预测模式映射到MBIP模式：
·如果ModeINTRA具有小于2的值，则设置ModeMBIP＝ModeINTRA；
·否则，设置ModeMBIP＝(ModeINTRA–34)/2+18。
·将MBIP模式映射到常规帧内预测模式：
·如果ModeMBIP具有小于2的值，则设置ModeINTRA＝ModeMBIP；
·否则，设置ModeINTRA＝(ModeMBIP–18)x 2+34。
类似地，当MBIP模式的总数为19时，以下映射逻辑被用于模式转换。
·将常规帧内预测模式映射到MBIP模式：
·如果ModeINTRA具有小于2的值，则设置ModeMBIP＝ModeINTRA；
·否则，设置ModeMBIP＝(ModeINTRA–34)/4+10。
·将MBIP模式映射到常规帧内预测模式：
·如果ModeMBIP具有小于2的值，则设置ModeINTRA＝ModeMBIP；
·否则，设置ModeINTRA＝(ModeMBIP–10)x 4+34。
当MBIP模式的总数为11时，以下映射逻辑被用于模式转换：
·将常规帧内预测模式映射到MBIP模式：
·如果ModeINTRA具有小于2的值，则设置ModeMBIP＝ModeINTRA；
·否则，设置ModeMBIP＝(ModeINTRA–34)/8+6。
·将MBIP模式映射到常规帧内预测模式：
·如果ModeMBIP具有小于2的值，则设置ModeINTRA＝ModeMBIP；
·否则，设置ModeINTRA＝(ModeMBIP–6)x 8+34。
换言之，当常规帧内预测模式的总数大于基于矩阵的帧内预测模式的总数并且常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系被定义为两个类别：(i)非角度帧内预测模式(小于模式2)以及(ii)角度帧内预测模式(等于或大于模式2)(730-5)。但是应注意，在所有这些情况下，当MBIP模式与常规帧内预测模式一起被启用时，不需要存储用于MPM列表生成的任何映射表。
在确定常规帧内预测模式之后，视频编码器20根据如上文结合图5B描述的预定义顺序，将与相邻块相关联的常规帧内预测模式插入到(750)最可能模式候选列表中。
在一些实施方式中，对通过常规帧内预测形成的预测样点应用位置依赖的帧内预测组合(PDPC)，以提高帧内预测编解码效率。PDPC的编解码增益来自从帧内预测样点和来自相邻块的重建像素的组合所产生的预测值质量提高。PDPC可在MBIP模式之上执行。换言之，对通过MBIP形成的当前块的预测值执行PDPC操作。当然，这样的操作增加了编码/解码操作的计算复杂度，并且应当在收益超过成本的选择性位置处被使用。
在一个或更多个示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合实现。如果以软件实现，则功能可作为一个或更多个指令或者代码被存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质被传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质或通信介质，计算机可读存储介质对应于有形介质(诸如数据存储介质)，通信介质包括促进将计算机程序(例如，根据通信协议)从一处传送到另一处的任何介质。以此方式，计算机可读介质通常可对应于(1)非暂时性的有形计算机可读存储介质或者(2)通信介质，诸如信号或载波。数据存储介质可以是任何可用介质，其可以由一个或更多个计算机或者一个或更多个处理器访问以取回用于实现本申请中描述的实施方式的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可包括计算机可读介质。
在本文的实施方式的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限制权利要求的范围。如在实施方式的描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，如本文所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列项中的一项或更多项中的任一项和所有可能组合。将进一步理解，术语“包括”和/或“包括……的”当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、元素和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、元素、组件和/或它们的群组。
还将理解，尽管本文可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语的限制。这些术语仅被用于将一个元件与另一元件区分开。例如，第一电极可被称为第二电极，并且类似地，第二电极可被称为第一电极，而不脱离实施方式的范围。第一电极和第二电极都是电极，但它们不是同一电极。
本申请的描述已经出于说明和描述的目的被呈现，并且不旨在穷举或限于采用所公开的形式的发明。受益于在前面的描述和相关联的附图中呈现的教导，许多修改、变化和替代实施方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理、实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解针对各种实施方式的发明，并且最好地利用基本原理和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施方式。因此，将理解，权利要求的范围不限于所公开的实施方式的具体示例，并且修改和其他实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种更新针对视频数据的当前块的最可能模式候选列表的方法，所述方法包括：
识别相对于当前块位于预定义位置的相邻块及其相关联的基于矩阵的帧内预测模式；
根据常规帧内预测模式与基于矩阵的帧内预测模式之间的预定义数学关系，确定与针对所述相邻块的所述基于矩阵的帧内预测模式相对应的常规帧内预测模式；并且
根据预定义顺序，将与所述相邻块相关联的所述常规帧内预测模式插入到所述最可能模式候选列表中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述常规帧内预测模式与所述基于矩阵的帧内预测模式之间的所述预定义数学关系被定义为所述常规帧内预测模式针对不同的基于矩阵的帧内预测模式为恒定值。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述常规帧内预测模式的总数与所述基于矩阵的帧内预测模式的总数相同，并且所述常规帧内预测模式与所述基于矩阵的帧内预测模式之间的所述预定义数学关系被定义为所述常规帧内预测模式具有与所述基于矩阵的帧内预测模式的值相同的值。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述常规帧内预测模式的总数大于所述基于矩阵的帧内预测模式的总数，并且所述常规帧内预测模式与所述基于矩阵的帧内预测模式之间的所述预定义数学关系被定义为：
当所述基于矩阵的帧内预测模式的值小于2时，所述常规帧内预测模式具有与所述基于矩阵的帧内预测模式的值相同的值；以及
当所述基于矩阵的帧内预测模式的值等于或大于2时，所述常规帧内预测模式具有是所述基于矩阵的帧内预测模式的值的线性函数的值。
5.如权利要求1所述的方法，其中每个基于矩阵的帧内预测模式具有相关联的矩阵和偏置矢量，所述矩阵和所述偏置矢量的系数具有小于10个比特的精度。
6.如权利要求1所述的方法，其中每个基于矩阵的帧内预测模式具有相关联的矩阵和偏置矢量，所述矩阵的系数和所述偏置矢量的系数具有不同的精度。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述矩阵的系数比所述偏置矢量的系数具有更高的精度。
8.如权利要求1所述的方法，其中与所述相邻块相关联的基于矩阵的帧内预测模式具有相关联的矩阵，所述相关联的矩阵的尺寸小于所述相邻块的尺寸，使得所述矩阵的系数在被用于重建所述相邻块之前将被上采样。
9.一种电子装置，包括：
一个或更多个处理单元；
存储器，耦接到所述一个或更多个处理单元；以及
多个程序，存储在所述存储器中，所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时，使所述电子装置执行如权利要求1-8所述的方法。
10.一种非暂时性计算机可读存储介质，存储由具有一个或更多个处理单元的电子装置执行的多个程序，其中所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时，使所述电子装置执行如权利要求1-8所述的方法。
11.一种使用基于矩阵的帧内预测来预测视频数据的当前块的方法，所述方法包括：
识别相对于当前块的一个或更多个相邻块；
在多个基于矩阵的帧内预测模式中，选择用于预测当前块的基于矩阵的帧内预测模式；
从存储设备取回与所选的基于矩阵的帧内预测模式相对应的矩阵和偏置矢量的系数；并且
使用取回的矩阵和偏置矢量的系数，对识别出的一个或更多个相邻块执行基于矩阵的帧内预测。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述矩阵和所述偏置矢量的系数具有小于10个比特的精度。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述矩阵的系数和所述偏置矢量的系数具有不同的精度。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述矩阵的系数比所述偏置矢量的系数具有更高的精度。
15.如权利要求11所述的方法，其中在对识别出的一个或更多个相邻块执行基于矩阵的帧内预测之前，所述矩阵和所述偏置矢量的系数被上采样。
16.如权利要求11所述的方法，其中使用取回的矩阵和偏置矢量的系数，对识别出的一个或更多个相邻块执行基于矩阵的帧内预测还包括：
将识别出的一个或更多个相邻块中的像素与取回的矩阵的系数相乘；并且
将取回的偏置矢量的系数加到乘法结果以生成当前块的预测值。
17.如权利要求11所述的方法，其中使用取回的矩阵和偏置矢量的系数，对识别出的一个或更多个相邻块执行基于矩阵的帧内预测还包括：
将识别出的一个或更多个相邻块中的像素与取回的矩阵的系数相乘作为当前块的预测值，而不将取回的偏置矢量的系数加到当前块的所述预测值。
18.一种电子装置，包括：
一个或更多个处理单元；
存储器，耦接到所述一个或更多个处理单元；以及
多个程序，存储在所述存储器中，所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时，使所述电子装置执行如权利要求11-17所述的方法。
19.一种非暂时性计算机可读存储介质，存储由具有一个或更多个处理单元的电子装置执行的多个程序，其中所述多个程序在由所述一个或更多个处理单元执行时，使所述电子装置执行如权利要求11-17所述的方法。
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