TW201501511A - 框內預測方法及系統 - Google Patents

Abstract

一種框內預測系統，該系統包括複數模組用於：獲取一張影像的一個預測單元；在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小的搜尋區塊；計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度；根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊；及根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。

Description

框內預測方法及系統

本發明涉及一種影像壓縮方法及系統，尤其關於一種影像壓縮中框內預測方法及系統。

在2010年4月，Joint Collaborative Team on Video Coding （JCT-VC）開始著手於研究新一代的壓縮技術——高效視頻編碼（High Efficiency Video Coding，即H.265/HEVC），其目的是成為下一代的壓縮標準。相較於目前的壓縮技術H.264，H.265的目標是降低50%的比特率（Bit rate），同時畫面品質及計算複雜度提升3倍。目前普遍的研究方向為：提升壓縮效率、提高編碼正確性及錯誤恢復能力、降低計算時間及計算複雜度。

在編碼流程中，一張影像或畫面會被分割成多個固定大小（例如64×64個圖元點）的最大編碼單元（Largest Coding Unit，LCU），而每個LCU內則會以四分樹的架構遞迴分割成不同大小的編碼單元（Coding Units，CU），如圖1所示，以進行圖元預測。在預測編碼時，每次編碼處理的圖元點的集合稱為一個編碼單元。

圖元預測包括框內預測（Intra Prediction）及框外預測（Inter Prediction）。框內預測及重建的順序如圖2所示，從CU0至CU3。每個CU利用其左方及上方已重建的CU進行圖元預測，例如，圖2中，CU1在進行圖元預測時，會參考其上方及CU0重建後的資料，如圖元資訊等，CU2在進行圖元預測時，會參考其左方及CU0與CU1重建後的資料，及CU3在進行圖元預測時，會參考CU0、CU1及CU2重建後的數據。

目前已有多種框內預測模式，如具方向性的預測模式（如水準預測模式(HOR)、豎直預測模式(VER)）、均值預測模式（包括DC模式和planar模式）等34種HEVC的框內預測模式。然而，習知技術的框內預測模式有時不能使圖元預測的壓縮率達到最優。

鑒於以上內容，有必要提供一種框內預測方法及系統，能夠提高圖元預測的壓縮率。

一種框內預測方法，應用於電子裝置，該方法包括：獲取步驟，獲取一張影像的一個預測單元；設定步驟，在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小的搜尋區塊；計算步驟，計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度；確定步驟，根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊；及預測步驟，根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。

一種框內預測系統，應用於電子裝置，該系統包括：獲取模組，用於獲取一張影像的一個預測單元；設定模組，用於根據預測單元的大小在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小的搜尋區塊；計算模組，用於計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度；確定模組，用於根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊；及預測模組，用於根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。

相較於習知技術，所述的框內預測方法及系統設定預測單元的搜尋範圍，計算搜尋範圍中每個與預測單元相同大小的搜尋區塊與預測單元之間的相似程度，根據相似程度確定預測單元的參考區塊用以對預測單元進行預測，本發明提高了框內預測的壓縮率。

1‧‧‧第一電子裝置

10‧‧‧框內預測系統

11‧‧‧第一儲存器

12‧‧‧第一處理器

100‧‧‧第一獲取模組

101‧‧‧設定模組

102‧‧‧計算模組

103‧‧‧第一確定模組

104‧‧‧預測模組

2‧‧‧第二電子裝置

20‧‧‧框內預測還原系統

21‧‧‧第二儲存器

22‧‧‧第二處理器

23‧‧‧顯示設備

200‧‧‧第二獲取模組

201‧‧‧第二確定模組

202‧‧‧還原模組

203‧‧‧顯示模組

圖1是將LCU分割成不同大小的CU的示意圖。

圖2是框內預測及重建順序的示意圖。

圖3是本發明框內預測系統較佳實施方式的運行環境示意圖。

圖4是本發明框內預測系統較佳實施方式的功能模組圖。

圖5是本發明框內預測方法較佳實施方式的流程圖。

圖6-A與6-B是預測單元的搜尋範圍的示意圖。

圖7是本發明框內預測還原系統較佳實施方式的運行環境示意圖。

圖8是本發明框內預測還原系統較佳實施方式的功能模組圖。

圖9是本發明框內預測還原方法較佳實施方式的流程圖。

參閱圖3所示，是本發明框內預測系統較佳實施方式的運行環境示意圖。所述框內預測系統10運行於第一電子裝置1中。該第一電子裝置1還包括透過資料匯流排相連的第一儲存器11及一個或者多個第一處理器12等。所述第一電子裝置1可以是電腦、手機、PDA（Personal Digital Assistant，個人數位助理）等。

所述框內預測系統10包括一個或多個由程式碼組成的功能模組（詳見圖4），各功能模組儲存於所述第一儲存器11中，並由所述第一處理器12所執行，以實現如下功能：根據預測單元的大小設定預測單元的搜尋範圍，計算搜尋範圍中每個與預測單元相同大小的搜尋區塊與預測單元之間的相似程度，根據相似程度確定預測單元的參考區塊，根據該參考區塊對預測單元進行預測（詳見圖5）。

參閱圖4所示，在本實施方式中，所述框內預測系統10的功能模組包括：第一獲取模組100、設定模組101、計算模組102、第一確定模組103及預測模組104。以下將結合圖5說明各模組的具體功能。

參閱圖5所示，是本發明框內預測方法較佳實施方式的流程圖。

步驟S11，第一獲取模組100從第一儲存器11或其他電子設備中獲取一張影像的一個預測單元（Prediction Unit，PU）。參照圖1所述，該張影像被預先分割成多個固定大小（如64×64個圖元點）的最大編碼單元（Largest Coding Unit，LCU），每個LCU內以四分樹的架構遞迴分割成不同大小的編碼單元（Coding Units，CU），直到最後分割得到指定大小（如8×8個圖元點）的CU。舉例來說，每個64×64個圖元點的LCU可以被分割成4個32×32個圖元點的CU，如包括CU0、CU1、CU2及CU3。每個32×32個圖元點的CU又可以被分割成4個16×16個圖元點的CU，如CU0可以分割為CU00、CU01、CU02及CU03。進一步地，每個16×16個圖元點的CU又可以被分割成4個8×8個圖元點的CU，如CU00可以分割為CU000、CU001、CU002及CU003。本發明中，上述每個分割得到的CU可以作為一個預測單元。

步驟S12，設定模組101在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小（例如8×8個圖元點）的搜尋區塊。本實施方式中，所述搜尋範圍是根據所述預測單元的大小，在與所述預測單元相鄰且已預測過的區域中進行設定的。例如，所述搜尋範圍可以包括預測單元上方及左方已預測完成的LCU，也可以包括與預測單元相同大小的上方及左方已預測完成的CU。參閱圖6-A及6-B所示，例如，預測單元為CU12，其搜尋範圍為CU01、CU10及CU03所覆蓋的區域；又如，預測單元為CU230，其搜尋範圍為CU203、CU212及CU221所覆蓋的區域。所述搜尋區塊可以是CU，也可以是CU在搜尋範圍內位移後得到的區塊。例如，預測單元CU12的搜尋區塊包括CU01、CU10及CU03，將CU01右移或下移若干圖元點，得到的區塊也是預測單元CU12的搜尋區塊。

步驟S13，計算模組102計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度。所述計算模組102可以採用絕對轉換誤差和（Sum of Absolute Transformed Difference，SATD）或絕對誤差和（Sum of Absolute Difference，SAD）的方式計算所述相似程度。

步驟S14，第一確定模組103從所有搜尋區塊中選取指定數量的與預測單元之間相似程度較高的搜尋區塊。例如，第一確定模組103將所有搜尋區塊按照與預測單元之間相似程度從高到底的順序進行排列，從中選取前5個搜尋區塊。

步驟S15，第一確定模組103從選取的指定數量的搜尋區塊中確定一個搜尋區塊作為預測單元框內預測的參考區塊。本實施方式中，第一確定模組103根據編碼成本來確定所述參考區塊，如採用率失真優化（Rate-Distortion Optimization，RDO）演算法確定所述參考區塊。透過ROD演算法，可將編碼成本最小的搜尋區塊作為參考區塊。

在另一實施方式中，步驟S14-S15可合併運作，根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊。在確定的過程中，除了參考所述相似程度外，亦可合併參考其他參數，以確定一個較佳的參考區塊，例如：合併運用RDO演算法。

步驟S16，預測模組104根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。本實施方式中，計算參考區塊的每個圖元點與預測單元中對應圖元點的差值，以該差值作為預測單元的該個圖元點的預測值。參閱圖6-A及6-B所示，例如，預測單元為CU12，其參考區塊為CU10，則CU12與CU10中對應圖元點進行差值計算，以作為CU12的預測值。又如，預測單元為CU230，其參考區塊為CU203與CU212之間的一個搜尋區塊，則CU230與其參考區塊中對應圖元點進行差值計算，以作為CU230的預測值。

步驟S17，判斷是否所有預測單元都已預測完畢。若任何一個預測單元沒有預測完畢，則流程返回上述的步驟S11。否則，當所有預測單元都預測完畢時，流程結束。

上述實施方式中，框內預測系統10單獨採用基於區塊的框內預測模式對預測單元進行預測，每個搜尋區塊確定一個基於區塊的預測模式。在其他的實施方式中，可以結合習知的框內預測模式對預測單元進行預測。習知的框內預測模式可以是具方向性的預測模式（如水準預測模式、豎直預測模式）、均值預測模式（包括DC模式和planar模式）等34種框內預測模式。

在結合習知的框內預測模式對預測單元進行預測時，框內預測系統10可以從習知的框內預測模式中選取一定數量（例如2-3個）的習知預測模式，將選取的習知預測模式與步驟S14中選取的搜尋區塊所確定的基於區塊的預測模式一起構成預測單元的候選預測模式，再從候選預測模式中確定一個預測單元的最優預測模式。若確定的最優預測模式是習知的框內預測模式，則採用該習知的框內預測模式對預測單元進行框內預測；若確定的最優預測模式是某個搜尋區塊確定的基於區塊的預測模式，則利用該搜尋區塊對預測單元進行預測。所述最優預測模式可以採用RDO演算法來確定。

本發明之框內預測系統可用於影像編碼。當一張影像完成預測後，可再進行轉換、量化及編碼等處理，以取得編碼完成的位元流。所述編碼完成的位元流可儲存在第一儲存器11或其他電子設備中，提供第一電子裝置1或其他電子設備讀取，以進行解碼來播放該影像。因此，本發明還包括框內預測還原系統及方法。

參閱圖7所示，是本發明框內預測還原系統較佳實施方式的運行環境示意圖。所述框內預測還原系統20運行於第二電子裝置2中。該第二電子裝置2還包括透過資料匯流排相連的第二儲存器21、一個或者多個第二處理器22及顯示設備23等。所述第二電子裝置2可以是電腦、手機、PDA等。所述顯示設備23可以是電腦的液晶顯示幕、手機的觸摸屏及電視顯示幕等。在其他實施方式中，所述第一電子裝置1可同時為所述第二電子裝置2，即所述第一電子裝置1額外具有所述框內預測還原系統20及顯示設備23。

所述框內預測還原系統20包括一個或多個由程式碼組成的功能模組（詳見圖8），各功能模組儲存於所述第二儲存器21中，並由所述第二處理器22所執行，以實現如下功能：獲取一張影像中一個預測單元的一個預測結果，該預測結果包括所述預測單元的參考區塊的位置資訊及所述預測單元與所述參考區塊中對應圖元點的預測值，透過該預測結果還原所述預測單元（詳見圖9）。

參閱圖8所示，在本實施方式中，所述框內預測還原系統20的功能模組包括：第二獲取模組200、第二確定模組201、還原模組202及顯示模組203。以下將結合圖9說明各模組的具體功能。

參閱圖9所示，是本發明框內預測還原方法較佳實施方式的流程圖。

步驟S21，第二獲取模組200從第二儲存器21或其他電子設備中獲取一張影像中一個預測單元（Prediction Unit，PU）的預測結果，該預測結果包括所述預測單元的參考區塊的位置資訊及所述預測單元的預測值。參閱圖6-A及6-B所示，例如，預測單元為CU12，其參考區塊為CU10，則CU12的預測結果包含了CU10的位置資訊及CU12的預測值。又如，預測單元為CU230，其參考區塊為CU203與CU212之間的一個搜尋區塊，則CU230的預測結果包含了所述搜尋區塊的位置資訊及CU230的預測值。其中，所述位置資訊可直接標示出所述參考區塊的位置，也可標示出所述參考區塊與所述預測單元的相對位置。

步驟S22，第二確定模組201根據所述預測結果確定預測單元的參考區塊。本實施方式中，第二確定模組201根據所述位置資訊確定預測單元的參考區塊。若所述位置資訊直接標示出所述參考區塊的位置，則第二確定模組201可直接確定預測單元的參考區塊；若所述位置資訊標示出所述參考區塊與所述預測單元的相對位置，則第二確定模組201可透過所述相對位置確定預測單元的參考區塊。參閱圖6-A及6-B所示，例如，預測單元為CU12，所述位置資訊直接標示出CU10，則第二確定模組201可直接確定CU12的參考區塊為CU10。又如，所述位置資訊標示出所述參考位置位在CU12的正上方，則第二確定模組201仍可確定CU12的參考區塊為CU10。

步驟S23，還原模組202根據所述預測結果還原所述預測單元。本實施方式中，還原模組202根據預測單元的預測值及確定的參考區塊對預測單元進行還原。所述預測值為參考區塊的每個圖元點與預測單元中對應圖元點的差值。由於參考區塊在本發明框內預測方法中是選自已預測過的區域，因此在解碼過程中，所述參考區塊在所述預測單元之前已進行還原。本實施方式中，還原模組202根據參考區塊的每個圖元點與預測單元中對應圖元點的差值，以及參考區塊中已還原所產生的圖元值，計算出預測單元的所有圖元點的圖元值，以還原所述預測單元。參閱圖6-A及6-B所示，例如，預測單元為CU12，其參考區塊為CU10，則根據CU12與CU10中對應圖元點的差值以及CU10已還原的圖元值來計算CU12的所有圖元點的圖元值，以還原CU12。

步驟S24，判斷是否所有預測單元都已還原完畢。若任何一個預測單元沒有還原完畢，則流程返回上述的步驟S21。否則，當所有預測單元都還原完畢時，流程結束。

步驟S25，顯示模組203將所有預測單元都還原完畢的影像透過顯示設備23進行播放。

上述實施方式中，框內預測還原系統20單獨採用基於區塊的框內預測模式對預測單元進行還原。在其他的實施方式中，可以結合習知的框內預測模式對預測單元進行還原。

在結合習知的框內預測模式對預測單元進行還原時，框內預測還原系統20可以獲取一張影像中一個預測單元的一個預測結果，從所述預測結果判斷出所採用的框內預測模式為習知的預測模式或是基於區塊的預測模式。若是習知的框內預測模式，則採用對應的框內預測還原方法對預測單元進行還原，若是基於區塊的預測模式，則利用本發明框內預測還原方法對預測單元進行還原。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

無

10‧‧‧框內預測系統

100‧‧‧第一獲取模組

101‧‧‧設定模組

102‧‧‧計算模組

103‧‧‧第一確定模組

104‧‧‧預測模組

Claims (10)

1. 一種框內預測方法，應用於電子裝置，該方法包括：
   獲取步驟，獲取一張影像的一個預測單元；
   設定步驟，在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小的搜尋區塊；
   計算步驟，計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度；
   確定步驟，根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊；及
   預測步驟，根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之框內預測方法，所述搜尋範圍根據所述預測單元的大小，在與所述預測單元相鄰且已預測過的區域中進行設定。
3. 如申請專利範圍第1項所述之框內預測方法，所述計算步驟採用絕對轉換誤差和或絕對誤差和的方式計算所述相似程度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之框內預測方法，所述確定步驟包括：
   從所有搜尋區塊中選取指定數量的與預測單元之間相似程度較高的搜尋區塊；及
   從選取的指定數量的搜尋區塊中確定一個搜尋區塊作為預測單元的參考區塊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之框內預測方法，所述預測步驟在對預測單元進行預測時，計算參考區塊的每個圖元點與預測單元中對應圖元點的差值，以該差值作為預測單元的該個圖元點的預測值。
6. 一種框內預測系統，應用於電子裝置，該系統包括：
   獲取模組，用於獲取一張影像的一個預測單元；
   設定模組，用於根據預測單元的大小在預測單元周圍已預測過的區域中設定一個搜尋範圍，並確定該搜尋範圍內所有與預測單元相同大小的搜尋區塊；
   計算模組，用於計算每個搜尋區塊與預測單元之間的相似程度；
   確定模組，用於根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊；及
   預測模組，用於根據確定的參考區塊對預測單元進行預測。
7. 如申請專利範圍第6項所述之框內預測系統，所述搜尋範圍根據所述預測單元的大小，在與所述預測單元相鄰且已預測過的區域中進行設定。
8. 如申請專利範圍第6項所述之框內預測系統，所述計算模組採用絕對轉換誤差和或絕對誤差和的方式計算所述相似程度。
9. 如申請專利範圍第6項所述之框內預測系統，所述根據所述相似程度從所有搜尋區塊中確定預測單元的參考區塊包括：
   從所有搜尋區塊中選取指定數量的與預測單元之間相似程度較高的搜尋區塊；及
   從選取的指定數量的搜尋區塊中確定一個搜尋區塊作為預測單元的參考區塊。
10. 如申請專利範圍第6項所述之框內預測系統，所述預測模組在對預測單元進行預測時，計算參考區塊的每個圖元點與預測單元中對應圖元點的差值，以該差值作為預測單元的該個圖元點的預測值。