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CN102843555B - 一种帧内预测方法和系统 - Google Patents

一种帧内预测方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种帧内预测方法和系统，均可将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；并且，对当前块进行单向预测以得到单向预测值；将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值。本发明的帧内预测技术利用了视频图像的特点，能够很好地结合图像的纹理信息，提高视频图像的帧内预测精度，减少残差，从而提高视频编码压缩的效率。

Description

一种帧内预测方法和系统
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种帧内预测方法和系统。
背景技术
目前的高级视频编码标准中都包含了帧内预测功能，利用临近块的像素来预测当前块，以更好的消除单帧图像内的空间冗余，这样只需要对预测块和当前块的残差进行编码。当宏块是采用帧内模式编码时，利用先前已经编码并重构的块构造预测块。对于亮度分量，可以为每个块或者宏块创建预测块。例如H.264编码标准中4×4亮度块共有9种可选模式，16×16亮度块有4种可选模式。
在H.264标准中，利用相邻块中已经解码的13个样本点(A～L和Q)中的几个或者所有的点，来预测当前4×4亮度块中的样本点(a～p)(如图1所示)。选择9种预测模式中效果最好的一种，作为该块的最佳预测模式。所述9种预测模式包括：模式2的DC预测和8种单向预测(如图2所示)。这些单向预测模式对有方向的纹理结构能够很好地进行预测。
预测中所使用的所有参考样本点都是来自己经编码过的区域(上方或者左方，如图3所示)，而下方或者右方尚未编码区域中的样本点不参与预测。上述的单向预测方式导致相同方向上的样本点被赋以相同的预测值；然而在视频帧中，一个样本点与相邻点的亮度值通常都是不同的，这将严重影响视频图像的帧内预测精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种帧内预测方法和系统，以提高视频图像的帧内预测精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种帧内预测方法，该方法包括：
将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；并且，对当前块进行单向预测以得到单向预测值；
将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值。
所述进行双向预测的过程包括：
对所述优先编码像素进行预测编码，并得到其重建值；结合所述优先编码像素的重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素进行预测，得到当前块的双向预测值。
该方法还包括：
将所述预测像素划分为前向预测像素和双向预测像素；
其中，所述前向预测像素只使用相邻像素重建以进行单向预测，所述双向预测像素使用前向预测像素预测值和优先编码像素重建以进行双向预测。
将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值的过程包括：
将所述双向预测值和单向预测值，按不同的权重加权相加，得到预测值最好的加权系数，并得到其对应的当前块预测值，作为当前块的最终预测值。
该方法还包括：
计算当前块原始像素值和所述最终预测值的残差，然后编码；
在此之后，开始编码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
该方法还包括：
在解码端，对编码单元中的块进行双向预测和/或单向预测，得到相应的双向预测值和/或单向预测值，据此计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值。
在解码端，当对编码单元中的块进行双向预测和单向预测时，所述计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值的过程包括：
将得到的双向预测值和单向预测值，按加权系数加权相加，得到当前块的最终预测值；将译码得到的预测残差和所述最终预测值相加，得到当前块的重建值。
一种帧内预测系统，该系统包括最终预测单元及与其相连的双向预测单元、单向预测单元；其中，
所述双向预测单元，用于将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；
所述单向预测单元，用于对当前块进行单向预测以得到单向预测值；
所述最终预测单元，用于将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值。
所述双向预测单元进行双向预测时，用于：
对所述优先编码像素进行预测编码，并得到其重建值；结合所述优先编码像素的重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素进行预测，得到当前块的双向预测值。
所述双向预测单元还用于：
将所述预测像素划分为前向预测像素和双向预测像素；
其中，所述前向预测像素只使用相邻像素重建以进行单向预测，所述双向预测像素使用前向预测像素预测值和优先编码像素重建以进行双向预测。
所述最终预测单元将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值时，用于：
将所述双向预测值和单向预测值，按不同的权重加权相加，得到预测值最好的加权系数，并得到其对应的当前块预测值，作为当前块的最终预测值。
所述最终预测单元还用于：
计算当前块原始像素值和所述最终预测值的残差，然后编码；
在此之后，触发所述双向预测单元和单向预测单元编码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
所述双向预测单元和/或单向预测单元，还用于：在解码端对编码单元中的块进行相应的双向预测和/或单向预测，得到相应的双向预测值和/或单向预测值；
所述最终预测单元还用于：在解码端，根据所述双向预测值和/或单向预测值计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值。
在解码端，当对编码单元中的块进行双向预测和单向预测时，所述最终预测单元计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值时，用于：
将得到的双向预测值和单向预测值，按加权系数加权相加，得到当前块的最终预测值；将译码得到的预测残差和所述最终预测值相加，得到当前块的重建值。
本发明的帧内预测技术利用了视频图像的特点，能够很好地结合图像的纹理信息，提高视频图像的帧内预测精度，减少残差，从而提高视频编码压缩的效率。
附图说明
图1为4×4块预测样本点示意图；
图2为4×4块预测的8种预测方向示意图；
图3为相邻块A、B、C的关系示意图；
图4为本发明一实施例的帧内预测流程图；
图5为当前块预测示意图a；
图6为当前块预测示意图b；
图7为本发明另一实施例的帧内预测流程图；
图8为本发明实施例的帧内预测流程简图；
图9为本发明实施例的帧内预测系统图。
具体实施方式
在实际应用中，由于一个样本点与其相邻环绕样本点的中值很接近，因此双向预测(前向和后向)的结果通常比单向预测要好。基于该情况，可以执行如图4所示的流程，该流程包括以下步骤：
第一步：按编码单元的块划分顺序，依次对当前编码单元中的块进行编码；
第二步：将当前块的像素划分为两类：一类是优先编码像素，记为D；另一类是预测像素，记为P；
第三步：对优先编码像素D进行预测编码，并得到其重建值；
具体而言，所述预测编码可以采用当前块的相邻像素重建值进行预测(例如相邻像素的均值)，然后对预测残差进行编码。
第四步：结合上面得到的优先编码像素D的重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素P进行预测，得到当前块的双向预测值Pb，如图5所示；
具体而言，所述预测像素P还可以继续划分为前向预测像素F和双向预测像素B。其中，前向预测像素F只使用相邻像素重建以进行单向预测，而双向预测像素B则可以使用前向预测像素F预测值和优先编码像素D重建以进行双向预测，如图6所示。
第五步：利用当前块的相邻像素重建值，对当前块进行单向预测，得到当前块的最佳预测方向和对应的单向预测值Pd；
第六步：将得到的双向预测值Pb和单向预测值Pd，按不同的权重加权相加，得到预测值最好的加权系数W，并得到其对应的当前块预测值，作为当前块最终预测值Pf；
所述加权系数W可以采用几个bit来表示，比如2bit，4bit，8bit。
第七步：计算当前块原始像素值和最终预测值Pf的残差，然后对其进行编码。
在此之后，返回到第一步以开始编码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
需要说明的是，上述流程涉及在编码端所进行的操作，能够很好地结合图像的纹理信息，提高视频图像的帧内预测精度，减少残差，从而提高视频编码压缩的效率。
在与上述编码端操作相对应的解码端，可以进行如图7所示的流程，该流程包括以下步骤：
第一步：按编码单元的块划分顺序，依次对编码单元中的块进行解码；
第二步：译码得到当前块的帧内预测加权系数W，如果加权系数W表示只用单向预测，则直接进入第七步；
第三步：将当前块的像素划分为两类：一类是优先编码像素，记为D；另一类是预测像素，记为P；
第四步：对优先编码像素D进行预测解码，得到其重建值；
需要说明的是，所述预测解码必须采用与编码端相同的预测方法，比如采用当前块的相邻像素的均值进行预测；然后对码流中的预测残差进行解码，相加得到优先编码像素D的重建值。
第五步：结合上面得到的优先编码像素D重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素P进行预测，得到当前块的预测值Pb；
需要说明的是，预测像素P还可以继续划分为前向预测像素F和双向预测像素B。其中，前向预测像素F只使用相邻像素重建以进行单向预测，而双向预测像素B则可以使用前向预测像素F预测值和优先编码像素D重建以进行双向预测。
第六步：如果加权系数W表示不用单向预测，则将Pb作为当前块的最终预测值Pf，直接进入第九步；否则，进入第七步。
第七步：译码得到当前块的最佳单向预测模式，利用当前块的相邻像素重建值，对当前块进行单向预测，得到当前块的单向预测值Pd。如果加权系数W表示只用单向预测，则将Pd作为最终预测值Pf，直接进入第九步，否则进入第八步；
第八步：将得到的双向预测值Pb和单向预测值Pd，按加权系数W加权相加，得到当前块的最终预测值Pf；
第九步：将译码得到的预测残差和计算得到的最终预测值Pf相加，得到当前块的重建值。
在此之后，返回到第一步以开始解码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
结合以上技术描述可知，本发明的帧内预测的操作思路可以表示如图8所示的流程，该流程包括以下步骤：
步骤810：将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；并且，对当前块进行单向预测以得到单向预测值。
步骤820：将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值。
为了保证上述技术描述以及操作思路能够顺利实现，可以进行如图9所示的设置。参见图9，图9为本发明实施例的帧内预测系统图，该系统包括最终预测单元及与其相连的双向预测单元、单向预测单元。
在实际应用中，双向预测单元能够将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；单向预测单元能够对当前块进行单向预测以得到单向预测值。最终预测单元则能够将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值。
综上所述可见，无论是方法还是系统，本发明的帧内预测技术利用了视频图像的特点，能够很好地结合图像的纹理信息，提高视频图像的帧内预测精度，减少残差，从而提高视频编码压缩的效率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种帧内预测方法，其特征在于，该方法包括：
将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；并且，对当前块进行单向预测以得到单向预测值；
将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值；
所述进行双向预测的过程包括：
对所述优先编码像素进行预测编码，并得到其重建值；结合所述优先编码像素的重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素进行预测，得到当前块的双向预测值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
将所述预测像素划分为前向预测像素和双向预测像素；
其中，所述前向预测像素只使用相邻像素重建以进行单向预测，所述双向预测像素使用前向预测像素预测值和优先编码像素重建以进行双向预测。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值的过程包括：
将所述双向预测值和单向预测值，按不同的权重加权相加，得到预测值最好的加权系数，并得到其对应的当前块预测值，作为当前块的最终预测值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
计算当前块原始像素值和所述最终预测值的残差，然后编码；
在此之后，开始编码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在解码端，对编码单元中的块进行双向预测和/或单向预测，得到相应的双向预测值和/或单向预测值，据此计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在解码端，当对编码单元中的块进行双向预测和单向预测时，所述计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值的过程包括：
将得到的双向预测值和单向预测值，按加权系数加权相加，得到当前块的最终预测值；将译码得到的预测残差和所述最终预测值相加，得到当前块的重建值。
7.一种帧内预测系统，其特征在于，该系统包括最终预测单元及与其相连的双向预测单元、单向预测单元；其中，
所述双向预测单元，用于将当前块的像素划分为优先编码像素和预测像素，据此进行双向预测以得到双向预测值；
所述单向预测单元，用于对当前块进行单向预测以得到单向预测值；
所述最终预测单元，用于将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值；
所述双向预测单元进行双向预测时，用于：
对所述优先编码像素进行预测编码，并得到其重建值；结合所述优先编码像素的重建值和当前块的相邻像素重建值，对当前块中的预测像素进行预测，得到当前块的双向预测值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述双向预测单元还用于：
将所述预测像素划分为前向预测像素和双向预测像素；
其中，所述前向预测像素只使用相邻像素重建以进行单向预测，所述双向预测像素使用前向预测像素预测值和优先编码像素重建以进行双向预测。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述最终预测单元将所述双向预测值和单向预测值加权求和，得到当前块的最终预测值时，用于：
将所述双向预测值和单向预测值，按不同的权重加权相加，得到预测值最好的加权系数，并得到其对应的当前块预测值，作为当前块的最终预测值。
10.根据权利要求7至9任一项所述的系统，其特征在于，所述最终预测单元还用于：
计算当前块原始像素值和所述最终预测值的残差，然后编码；
在此之后，触发所述双向预测单元和单向预测单元编码下一个块，直到当前编码单元中的块全部处理完毕为止。
11.根据权利要求7至9任一项所述的系统，其特征在于，
所述双向预测单元和/或单向预测单元，还用于：在解码端对编码单元中的块进行相应的双向预测和/或单向预测，得到相应的双向预测值和/或单向预测值；
所述最终预测单元还用于：在解码端，根据所述双向预测值和/或单向预测值计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，在解码端，当对编码单元中的块进行双向预测和单向预测时，所述最终预测单元计算当前块的最终预测值以得到当前块的重建值时，用于：
将得到的双向预测值和单向预测值，按加权系数加权相加，得到当前块的最终预测值；将译码得到的预测残差和所述最终预测值相加，得到当前块的重建值。
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