一種幀內預測方法和系統的製作方法
2023-05-01 14:58:26 1
專利名稱：一種幀內預測方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，具體涉及ー種幀內預測方法和系統。
背景技術：
目前的高級視頻編碼標準中都包含了幀內預測功能，利用臨近塊的像素來預測當前塊，以更好的消除單幀圖像內的空間冗餘，這樣只需要對預測塊和當前塊的殘差進行編碼。當宏塊是採用幀內模式編碼時，利用先前已經編碼並重構的塊構造預測塊。對於亮度分量，可以為姆個塊或者宏塊創建預測塊。例如H. 264編碼標準中4X4亮度塊共有9種可選模式，16X16亮度塊有4種可選模式。在H. 264標準中，利用相鄰塊中已經解碼的13個樣本點(A L和Q)中的幾個或者所有的點，來預測當前4X4亮度塊中的樣本點(a P)(如圖I所示)。選擇9種預測模 式中效果最好的ー種，作為該塊的最佳預測模式。所述9種預測模式包括模式2的DC預測和8種單向預測(如圖2所示)。這些單向預測模式對有方向的紋理結構能夠很好地進行預測。預測中所使用的所有參考樣本點都是來自己經編碼過的區域(上方或者左方，如圖3所示)，而下方或者右方尚未編碼區域中的樣本點不參與預測。上述的單向預測方式導致相同方向上的樣本點被賦以相同的預測值；然而在視頻幀中，一個樣本點與相鄰點的亮度值通常都是不同的，這將嚴重影響視頻圖像的幀內預測精度。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供ー種幀內預測方法和系統，以提高視頻圖像的幀內預測精度。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的ー種幀內預測方法，該方法包括將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；並且，對當前塊進行單向預測以得到單向預測值；將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。所述進行雙向預測的過程包括對所述優先編碼像素進行預測編碼，並得到其重建值；結合所述優先編碼像素的重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素進行預測，得到當前塊的雙向預測值。該方法還包括將所述預測像素劃分為前向預測像素和雙向預測像素；其中，所述前向預測像素只使用相鄰像素重建以進行單向預測，所述雙向預測像素使用前向預測像素預測值和優先編碼像素重建以進行雙向預測。將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值的過程包括將所述雙向預測值和單向預測值，按不同的權重加權相加，得到預測值最好的加權係數，並得到其對應的當前塊預測值，作為當前塊的最終預測值。該方法還包括計算當前塊原始像素值和所述最終預測值的殘差，然後編碼；在此之後，開始編碼下ー個塊，直到當前編碼單元中的塊全部處理完畢為止。該方法還包括在解碼端，對編碼單元中的塊進行雙向預測和/或單向預測，得到相應的雙向預 測值和/或單向預測值，據此計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值。在解碼端，當對編碼単元中的塊進行雙向預測和單向預測時，所述計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值的過程包括將得到的雙向預測值和單向預測值，按加權係數加權相加，得到當前塊的最終預測值；將解碼得到的預測殘差和所述最終預測值相加，得到當前塊的重建值。ー種幀內預測系統，該系統包括最終預測單元及與其相連的雙向預測單元、單向預測單元；其中，所述雙向預測單元，用於將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；所述單向預測單元，用於對當前塊進行單向預測以得到單向預測值；所述最終預測單元，用於將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。所述雙向預測單元進行雙向預測時，用於對所述優先編碼像素進行預測編碼，並得到其重建值；結合所述優先編碼像素的重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素進行預測，得到當前塊的雙向預測值。所述雙向預測單元還用於將所述預測像素劃分為前向預測像素和雙向預測像素；其中，所述前向預測像素只使用相鄰像素重建以進行單向預測，所述雙向預測像素使用前向預測像素預測值和優先編碼像素重建以進行雙向預測。所述最終預測單元將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值時，用幹將所述雙向預測值和單向預測值，按不同的權重加權相加，得到預測值最好的加權係數，並得到其對應的當前塊預測值，作為當前塊的最終預測值。所述最終預測單元還用於計算當前塊原始像素值和所述最終預測值的殘差，然後編碼；在此之後，觸發所述雙向預測單元和單向預測單元編碼下ー個塊，直到當前編碼単元中的塊全部處理完畢為止。所述雙向預測單元和/或單向預測單元，還用於在解碼端對編碼單元中的塊進行相應的雙向預測和/或單向預測，得到相應的雙向預測值和/或單向預測值；所述最終預測單元還用於在解碼端，根據所述雙向預測值和/或單向預測值計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值。在解碼端，當對編碼単元中的塊進行雙向預測和單向預測時，所述最終預測單元計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值時，用幹將得到的雙向預測值和單向預測值，按加權係數加權相加，得到當前塊的最終預測值；將解碼得到的預測殘差和所述最終預測值相加，得到當前塊的重建值。本發明的幀內預測技術利用了視頻圖像的特點，能夠很好地結合圖像的紋理信息，提高視頻圖像的幀內預測精度，減少殘差，從而提高視頻編碼壓縮的效率。
圖I為4X4塊預測樣本點示意圖；圖2為4X4塊預測的8種預測方向示意圖； 圖3為相鄰塊A、B、C的關係不意圖；圖4為本發明一實施例的幀內預測流程圖；圖5為當前塊預測示意圖a ;圖6為當前塊預測示意圖b ；圖7為本發明另ー實施例的幀內預測流程圖；圖8為本發明實施例的幀內預測流程簡圖；圖9為本發明實施例的幀內預測系統圖。
具體實施例方式在實際應用中，由於ー個樣本點與其相鄰環繞樣本點的中值很接近，因此雙向預測(前向和後向)的結果通常比單向預測要好。基於該情況，可以執行如圖4所示的流程，該流程包括以下步驟第一歩按編碼単元的塊劃分順序，依次對當前編碼單元中的塊進行編碼；第二步將當前塊的像素劃分為兩類一類是優先編碼像素，記為D ;另一類是預測像素，記為P ；第三步對優先編碼像素D進行預測編碼，並得到其重建值；具體而言，所述預測編碼可以採用當前塊的相鄰像素重建值進行預測(例如相鄰像素的均值)，然後對預測殘差進行編碼。第四步結合上面得到的優先編碼像素D的重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素P進行預測，得到當前塊的雙向預測值Pb，如圖5所示；具體而言，所述預測像素P還可以繼續劃分為前向預測像素F和雙向預測像素B。其中，前向預測像素F只使用相鄰像素重建以進行單向預測，而雙向預測像素B則可以使用前向預測像素F預測值和優先編碼像素D重建以進行雙向預測，如圖6所示。第五步利用當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊進行單向預測，得到當前塊的最佳預測方向和對應的單向預測值Pd ；第六步將得到的雙向預測值Pb和單向預測值Pd，按不同的權重加權相加，得到預測值最好的加權係數W，並得到其對應的當前塊預測值，作為當前塊最終預測值Pf ；所述加權係數W可以採用幾個bit來表示，比如2bit,4bit,8bit。
第七步計算當前塊原始像素值和最終預測值Pf的殘差，然後對其進行編碼。在此之後，返回到第一步以開始編碼下ー個塊，直到當前編碼單元中的塊全部處理完畢為止。需要說明的是，上述流程涉及在編碼端所進行的操作，能夠很好地結合圖像的紋理信息，提高視頻圖像的幀內預測精度，減少殘差，從而提高視頻編碼壓縮的效率。在與上述編碼端操作相對應的解碼端，可以進行如圖7所示的流程，該流程包括以下步驟第一歩按編碼単元的塊劃分順序，依次對編碼単元中的塊進行解碼；第二步解碼得到當前塊的幀內預測加權係數W，如果加權係數W表示只用單向預測，則直接進入第七步；
第三步將當前塊的像素劃分為兩類一類是優先編碼像素，記為D ;另一類是預測像素，記為P ；第四步對優先編碼像素D進行預測解碼，得到其重建值；需要說明的是，所述預測解碼必須採用與編碼端相同的預測方法，比如採用當前塊的相鄰像素的均值進行預測；然後對碼流中的預測殘差進行解碼，相加得到優先編碼像
素D的重建值。第五歩結合上面得到的優先編碼像素D重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素P進行預測，得到當前塊的預測值Pb ；需要說明的是，預測像素P還可以繼續劃分為前向預測像素F和雙向預測像素B。其中，前向預測像素F只使用相鄰像素重建以進行單向預測，而雙向預測像素B則可以使用前向預測像素F預測值和優先編碼像素D重建以進行雙向預測。第六歩如果加權係數W表示不用單向預測，則將Pb作為當前塊的最終預測值Pf，直接進入第九步；否則，進入第七歩。第七步解碼得到當前塊的最佳單向預測模式，利用當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊進行單向預測，得到當前塊的單向預測值Pd。如果加權係數W表示只用單向預測，則將Pd作為最終預測值Pf，直接進入第九歩，否則進入第八步；第八步將得到的雙向預測值Pb和單向預測值Pd，按加權係數W加權相加，得到當前塊的最終預測值Pf ;第九步將解碼得到的預測殘差和計算得到的最終預測值Pf相加，得到當前塊的
重建值。在此之後，返回到第一步以開始解碼下ー個塊，直到當前編碼單元中的塊全部處理完畢為止。結合以上技術描述可知，本發明的幀內預測的操作思路可以表示如圖8所示的流程，該流程包括以下步驟步驟810 :將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；並且，對當前塊進行單向預測以得到單向預測值。步驟820 :將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。為了保證上述技術描述以及操作思路能夠順利實現，可以進行如圖9所示的設置。參見圖9，圖9為本發明實施例的幀內預測系統圖，該系統包括最終預測單元及與其相連的雙向預測單元、單向預測單元。在實際應用中，雙向預測單元能夠將當前塊的像 素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；單向預測單元能夠對當前塊進行單向預測以得到單向預測值。最終預測單元則能夠將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。綜上所述可見，無論是方法還是系統，本發明的幀內預測技術利用了視頻圖像的特點，能夠很好地結合圖像的紋理信息，提高視頻圖像的幀內預測精度，減少殘差，從而提高視頻編碼壓縮的效率。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
1.ー種幀內預測方法，其特徵在於，該方法包括 將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；並且，對當前塊進行單向預測以得到單向預測值； 將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述進行雙向預測的過程包括 對所述優先編碼像素進行預測編碼，並得到其重建值；結合所述優先編碼像素的重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素進行預測，得到當前塊的雙向預測值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，該方法還包括 將所述預測像素劃分為前向預測像素和雙向預測像素； 其中，所述前向預測像素只使用相鄰像素重建以進行單向預測，所述雙向預測像素使用前向預測像素預測值和優先編碼像素重建以進行雙向預測。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在幹，將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值的過程包括 將所述雙向預測值和單向預測值，按不同的權重加權相加，得到預測值最好的加權係數，並得到其對應的當前塊預測值，作為當前塊的最終預測值。
5.根據權利要求I至4任一項所述的方法，其特徵在於，該方法還包括 計算當前塊原始像素值和所述最終預測值的殘差，然後編碼； 在此之後，開始編碼下ー個塊，直到當前編碼單元中的塊全部處理完畢為止。
6.根據權利要求I至4任一項所述的方法，其特徵在於，該方法還包括 在解碼端，對編碼単元中的塊進行雙向預測和/或單向預測，得到相應的雙向預測值和/或單向預測值，據此計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，在解碼端，當對編碼単元中的塊進行雙向預測和單向預測時，所述計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值的過程包括 將得到的雙向預測值和單向預測值，按加權係數加權相加，得到當前塊的最終預測值；將解碼得到的預測殘差和所述最終預測值相加，得到當前塊的重建值。
8.—種幀內預測系統，其特徵在幹，該系統包括最終預測單元及與其相連的雙向預測單元、單向預測單元；其中， 所述雙向預測單元，用於將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值； 所述單向預測單元，用於對當前塊進行單向預測以得到單向預測值； 所述最終預測單元，用於將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述雙向預測單元進行雙向預測時，用於 對所述優先編碼像素進行預測編碼，並得到其重建值；結合所述優先編碼像素的重建值和當前塊的相鄰像素重建值，對當前塊中的預測像素進行預測，得到當前塊的雙向預測值。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述雙向預測單元還用於將所述預測像素劃分為前向預測像素和雙向預測像素； 其中，所述前向預測像素只使用相鄰像素重建以進行單向預測，所述雙向預測像素使用前向預測像素預測值和優先編碼像素重建以進行雙向預測。
11.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述最終預測單元將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值時，用幹 將所述雙向預測值和單向預測值，按不同的權重加權相加，得到預測值最好的加權係數，並得到其對應的當前塊預測值，作為當前塊的最終預測值。
12.根據權利要求8至11任一項所述的系統，其特徵在於，所述最終預測單元還用於 計算當前塊原始像素值和所述最終預測值的殘差，然後編碼； 在此之後，觸發所述雙向預測單元和單向預測單元編碼下ー個塊，直到當前編碼單元中的塊全部處理完畢為止。
13.根據權利要求8至11任一項所述的系統，其特徵在幹， 所述雙向預測單元和/或單向預測單元，還用於在解碼端對編碼單元中的塊進行相應的雙向預測和/或單向預測，得到相應的雙向預測值和/或單向預測值； 所述最終預測單元還用於在解碼端，根據所述雙向預測值和/或單向預測值計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值。
14.根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，在解碼端，當對編碼単元中的塊進行雙向預測和單向預測時，所述最終預測單元計算當前塊的最終預測值以得到當前塊的重建值時，用於 將得到的雙向預測值和單向預測值，按加權係數加權相加，得到當前塊的最終預測值；將解碼得到的預測殘差和所述最終預測值相加，得到當前塊的重建值。
全文摘要
本發明公開了一種幀內預測方法和系統，均可將當前塊的像素劃分為優先編碼像素和預測像素，據此進行雙向預測以得到雙向預測值；並且，對當前塊進行單向預測以得到單向預測值；將所述雙向預測值和單向預測值加權求和，得到當前塊的最終預測值。本發明的幀內預測技術利用了視頻圖像的特點，能夠很好地結合圖像的紋理信息，提高視頻圖像的幀內預測精度，減少殘差，從而提高視頻編碼壓縮的效率。
文檔編號H04N7/26GK102843555SQ201110174180
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者梁立偉, 王寧, 左雯, 王磊 申請人:中興通訊股份有限公司