CN101600116A - 一种帧内预测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种帧内预测方法，用于提高帧内预测的准确度和提高编码率。所述方法包括：当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值；根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。本发明还公开了用于实现所述方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及计算机图像处理及视频编解码领域，特别是涉及视频编解码过程中帧内预测方法及装置。
背景技术
在现有技术中，关于4×4块模式有表1所示的9种预测模式。
表1
| 模式编号 | 模式名称 |
| 0 | 垂直预测模式 |
| 1 | 水平预测模式 |
| 2 | 直流预测模式 |
| 3 | 对角线向左预测模式 |
| 4 | 对角线向右预测模式 |
| 5 | 垂直向右预测模式 |
| 6 | 水平向下预测模式 |
| 7 | 垂直向左预测模式 |
| 8 | 水平向上预测模式 |
上述预测模式中除直流预测模式外，其它所有的预测模式均是根据块外相邻像素点的像素值进行预测。下面通过一个示例来介绍现有技术的预测方法。参见图1所示，方框表示一个4×4的块，块外有13个与预测方向有关且与该块相邻的像素点(A～L和X)，在对块内的16个像素点(a～p)进行预测时需要用到块外的这13个相邻像素点的像素值，其中块外13个相邻像素点的像素值为重构值。以垂直预测模式为例，现有技术的预测方式是a＝e＝i＝m＝A；b＝f＝j＝n＝B，依此类推。
从现有技术的预测方式可以看出，m与A的距离很远，两者的相关性较弱，强行的将m＝A是不合适的，显然预测效果较差。
发明内容
本发明实施例提供一种帧内预测方法及装置，用于提高对帧内预测的准确度和提高编码率。
一种帧内预测方法，包括以下步骤：
当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值；
根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
一种用于进行帧内预测的装置，包括：
扫描模块，用于当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值；
预测模块，用于根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
本发明实施例根据待预测像素点的相邻像素点对待预测像素点进行预测，由于待预测像素点的相邻像素点与待预测像素点的距离较近，相关性较强，因此预测结果由于根据相关性较强的与块相邻的像素点所做的预测结果，所以采用本发明实施例可以使预测结果更准确。
附图说明
图1为块内像素点和块外像素点的示意图；
图2为本发明实施例中帧内预测的主要方法流程图；
图3为本发明实施例中关于模式0和模式1的帧内预测的方法流程图；
图4为本发明实施例中关于模式3-8的帧内预测的方法流程图；
图5为本发明实施例中装置的主要结构图；
图6为本发明实施例中装置的详细结构图。
具体实施方式
本发明实施例根据待预测像素点的相邻像素点的像素值对待预测像素点进行预测，其中如果相邻像素点是待预测像素点所在块以外的像素点，则该相邻像素点的像素值为重构值，如果相邻像素点是待预测像素点所在块内的像素点，则该相邻像素点的像素值为预测值。虽然相邻像素点的像素值可能是预测值，不如重构值准确，但由于其与待预测像素点的距离非常近，相关性较强，所以根据预测值进行预测的准确度优于根据相关性较弱的重构值进行预测的准确度。
本实施例中的图像包括图片。
参见图2，本实施例中帧内预测的主要方法流程如下：
步骤201：当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值。
步骤202：根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
4×4块模式有9种预测模式，本实施例是对除直流预测模式(DC预测模式)以外的8种预测模式的改进，并且针对不同的预测模式，具体的预测方法略有不同，下面具体介绍各方法的实现过程。
参见图3，本实施例中当所述方向为水平方向或垂直方向时，帧内预测的方法流程如下：
例如，当前待预测像素点是图1中所示的a。
步骤301：按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值。预测模式如垂直预测模式，则方向为垂直方向，与该方向有关的相邻像素点有A、X和I。
步骤302：确定相邻像素点中在所述方向上的两个相邻像素点之间的残差，即确定I与X之间的残差，形如I-X。
步骤303：根据在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点的像素值和确定的残差，对待预测像素点进行预测，形如A+(I-X)。本实施例中认为，a与A之间的残差与I与X之间的残差近似或相等，因此根据I与X之间的残差对A进行补偿，从而得到a的预测值。
步骤304：对在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点的像素值和残差进行加权预测，形如a＝A+(I-X)＞＞1。其中，将I与X的残差右移一位的作用是使残差的权重为1/2。发明人经过实验发现，在A的基础上加残差的1/2所得到的预测效果优于A直接加残差所得到的预测效果。
由上述流程可知，根据3个相邻像素点进行预测要比仅根据1个像素点预测准确。根据I与X之间的残差考虑到a与A之间也可能存在差异，因此现有技术中a＝A的预测方式显然是不合适的，或者说这种情况在大多数情况下是不准确的，本实施例中预测方式a＝A+(I-X)＞＞1的准确度明显优于现有技术。
通过本实施例得到的模式0的预测表达式为：
a＝A+(I-X)＞＞1；e＝A+(J-X)＞＞1；i＝A+(K-X)＞＞1；m＝A+(L-X)＞＞1；
b＝B+(a-A)＞＞1；f＝B+(e-A)＞＞1；j＝B+(i-A)＞＞1；n＝B+(m-A)＞＞1；
c＝C+(b-B)＞＞1；g＝C+(f-B)＞＞1；k＝C+(j-B)＞＞1；o＝C+(n-B)＞＞1；
d＝D+(c-C)＞＞1；h＝D+(g-C)＞＞1；l＝D+(k-C)＞＞1；p＝D+(o-C)＞＞1。
通过本实施例得到的模式1的预测表达式为：
a＝I+(A-X)＞＞1；b＝I+(B-X)＞＞1；c＝I+(C-X)＞＞1；d＝I+(D-X)＞＞1；
e＝J+(a-I)＞＞1；f＝J+(b-I)＞＞1；g＝J+(c-I)＞＞1；h＝J+(d-I)＞＞1；
i＝K+(e-J)＞＞1；j＝K+(f-J)＞＞1；k＝K+(g-J)＞＞1；l＝K+(h-J)＞＞1；
m＝L+(i-K)＞＞1；n＝L+(j-K)＞＞1；o＝L+(k-K)＞＞1；p＝L+(l-K)＞＞1。
参见图4，本实施例中当所述方向为对角线向左、对角线向右、垂直向右、水平向下、垂直向左或水平向上时，帧内预测的方法流程如下：
例如，预测模式如对角线向左预测模式，则方向为对角线向左，当前待预测像素点是图1中所示的c。
步骤401：按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值。例如，与对角线向左方向有关的相邻像素点有C、D和d。其中，在对c进行预测时，已得到d的预测值。d的预测值可以通过现有技术得到，也可以根据本实施例所描述的方法得到。
步骤402：对相邻像素点进行加权求和。其中，当所述方向为对角线向左或对角线向右时，在对所述相邻像素点的像素值进行加权预测的过程中，认为在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点与待预测像素点之间的相关性较强，所以为在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点分配的权重大于所述相邻像素点中其它方向相邻像素点的权重。在其它情况下，为各相邻像素点分配相同的权重。
由图1可知，在对角线向左方向上，D与c的相关度要强于C和d，因此为D分配的权重大于C和d的权重。并且由于d的像素值是预测值，所以发明人经过实验发现，D的权重大于2倍的C和d的权重所得到的效果更好。对于块内右侧边缘的像素点d、h、l和p在模式3中相邻像素点均是块外的像素点，即相邻像素点的像素值为重构值，因此在待预测像素点的所述方向上的像素点的权重略高于其它方向相邻像素点即可，如2倍或3倍的关系。
步骤403：在该加权求和结果上加不大于相邻像素点的权重和的正整数，即对加权求和结果进行像素补偿，使得在步骤404的求平均操作中实现向上取整，从而进一步提高预测的准确度。较佳的，所述正整数为相邻像素点的权重和的一半。
步骤404：对求和结果进行归一化操作，该操作结果即为待预测像素点的像素值(即预测值)。由于乘法和除法对于CPU和寄存器来说是比较复杂的运算，所以本实施例为了提高预测效率，在遇到乘法运算时(如像素点的像素值乘以其对应的权重)，尽量采用左移位操作，因此在分配权重时也尽量分配适合移位操作的权重，即尽量取2θ；类似的，在遇到除法运算时(如归一化)，尽量采用右移位操作，因此在分配权重时尽量使相邻像素点的权重之和为2θ，则通过将求和结果右移θ个比特位便可实现求平均的目的。
在本实施例中，为了使每个相邻像素点的权重满足2θ，以及使相邻像素点的权重和也满足2θ，则在分配权重时可能产生矛盾，由于乘法运算相对于除法运算较易于实现，因此本实施例在分配权重时优先使相邻像素点的权重和满足2θ。
通过本实施例得到的模式3的预测表达式为：
d＝(D+(E＜＜1)+F+2)＞＞2；
c＝(C+6×D+d+4)＞＞3；h＝(E+(F＜＜1)+G+2)＞＞2；
b＝(B+6×C+c+4)＞＞3；g＝(c+6×d+h+4)＞＞3；l＝(F+(G＜＜1)+H+2)＞＞2；
a＝(A+6×B+b+4)＞＞3；f＝(b+6×c+g+4)＞＞3；k＝(g+6×h+l+4)＞＞3；p＝(G+3×H+2)＞＞2；
e＝(a+6×b+f+4)＞＞3；j＝(f+6×g+k+4)＞＞3；o＝(k+6×l+p+4)＞＞3；
i＝(e+6×f+j+4)＞＞3；n＝(j+6×k+o+4)＞＞3；
m＝(i+6×j+n+4)＞＞3。
通过本实施例得到的模式4的预测表达式为：
a＝(A+6×X+I+4)＞＞3；
b＝(B+6×A+a+4)＞＞3；e＝(a+6×I+J+4)＞＞3；
c＝(C+6×B+b+4)＞＞3；f＝(b+6×a+e+4)＞＞3；i＝(e+6×J+K+4)＞＞3；
d＝(D+6×C+c+4)＞＞3；g＝(c+6×b+f+4)＞＞3；j＝(f+6×e+i+4)＞＞3；m＝(i+6×K+L+4)＞＞3；
h＝(d+6×c+g+4)＞＞3；k＝(g+6×f+j+4)＞＞3；n＝(j+6×i+m+4)＞＞3；
l＝(h+6×g+k+4)＞＞3；o＝(k+6×j+n+4)＞＞3；
p＝(l+6×k+o+4)＞＞3。
通过本实施例得到的模式5的预测表达式为：
a＝(X+A+1)＞＞1；b＝(A+B+1)＞＞1；c＝(B+C+1)＞＞1；d＝(C+D+1)＞＞1；
e＝(I+a+1)＞＞1；f＝(a+b+1)＞＞1；g＝(b+c+1)＞＞1；h＝(c+d+1)＞＞1；
I＝(J+e+1)＞＞1；j＝(e+f+1)＞＞1；k＝(f+g+1)＞＞1；l＝(g+h+1)＞＞1；
M＝(K+i+1)＞＞1；n＝(i+j+1)＞＞1；o＝(j+k+1)＞＞1；p＝(k+l+1)＞＞1。
通过本实施例得到的模式6的预测表达式为：
a＝(X+I+1)＞＞1；e＝(I+J+1)＞＞1；i＝(J+K+1)＞＞1；m＝(K+L+1)＞＞1；
b＝(A+a+1)＞＞1；f＝(a+e+1)＞＞1；j＝(e+i+1)＞＞1；n＝(i+m+1)＞＞1；
c＝(B+b+1)＞＞1；g＝(b+f+1)＞＞1；k＝(f+j+1)＞＞1；o＝(j+n+1)＞＞1；
d＝(C+c+1)＞＞1；h＝(c+g+1)＞＞1；l＝(g+k+1)＞＞1；p＝(k+o+1)＞＞1。
通过本实施例得到的模式7的预测表达式为：
a＝(A+B+1)＞＞1；b＝(B+C+1)＞＞1；c＝(C+D+1)＞＞1；d＝(D+E+1)＞＞1；
e＝(a+b+1)＞＞1；f＝(b+c+1)＞＞1；g＝(c+d+1)＞＞1；h＝(D+(E＜＜1)+F+2)＞＞2；
i＝(e+f+1)＞＞1；j＝(f+g+1)＞＞1；k＝(g+h+1)＞＞1；l＝(E+F+1)＞＞1；
m＝(i+j+1)＞＞1；n＝(j+k+1)＞＞1；o＝(k+l+1)＞＞1；p＝(E+(F＜＜1)+G+2)＞＞2。
通过本实施例得到的模式8的预测表达式为：
a＝(I+J+1)＞＞1；e＝(J+K+1)＞＞1；i＝(K+L+1)＞＞1；m＝L；
b＝(a+e+1)＞＞1；f＝(e+i+1)＞＞1；j＝(i+m+1)＞＞1；n＝m；
c＝(b+f+1)＞＞1；g＝(f+j+1)＞＞1；k＝(j+n+1)＞＞1；o＝n；
d＝(c+g+1)＞＞1；h＝(g+k+1)＞＞1；l＝(k+o+1)＞＞1；p＝0；
本实施例主要是根据待预测像素点的相邻像素点来对待预测像素点进行预测，但是位于帧内边缘的待预测像素点，在某些模式中可能没有相邻像素点。例如位于左上角的像素点在模式0中没有相邻像素点，在这种情况下，采用模式2(直流预测模式)预测该像素点的像素值为128，该128为8比特取值范围的中间值。
在帧内预测过程中，对帧内的逐个块进行预测。针对每个块，根据4×4块模式的9种预测模式分别对块内的每个像素点进行预测并得到9组预测结果，其中该9种预测模式中的模式2采用现有技术，其它8种模式采用本实施例所述的模式；从中选择率失真代价最小的预测结果，记为Rmode4；针对该块，根据16×16块模式的4种预测模式分别对块内的每个像素点进行预测并得到4组预测结果；从中选择率失真代价最小的预测结果，记为Rmode16；从Rmode4和Rmode16中选择率失真代价最小的预测结果作为该块的最终预测结果。
通过以上描述了解了帧内预测的实现过程，该过程可以由装置实现，下面对该装置进行详细介绍。
参见图5，本实施例中用于进行帧内预测的装置包括扫描模块501和预测模块502。
扫描模块501用于当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值。
预测模块502用于根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
扫描模块501可以通过对预测模块502扫描获得相邻像素点的像素值。或者，预测模块502将预测结果存入存储模块(本图未示出，存储模块可以是缓存)，扫描模块501通过扫描存储模块获得相邻像素点的像素值。对于经过重构的相邻像素点的像素值也可以存入存储模块。
其中，当所述方向为水平方向或垂直方向时，预测模块502包括：第一预测子模块5021，参见图6所示。
第一预测子模块5021用于根据所述相邻像素点中在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点的像素值，以及根据相邻像素点中在所述方向上的两个相邻像素点之间的残差，对待预测像素点进行预测。
当所述方向为对角线向左、对角线向右、垂直向右、水平向下、垂直向左或水平向上时，预测模块包括：第二预测子模块5022，参见图6所示。
第二预测子模块5022用于对所述相邻像素点的像素值进行加权预测，得到的结果为待预测像素点的预测值。当所述方向为对角线向左或对角线向右时，第二预测子模块5022在对所述相邻像素点的像素值进行加权预测的过程中，为在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点分配的权重大于所述相邻像素点中其它方向相邻像素点的权重。所述相邻像素点的权重之和为2θ；
第二预测子模块包括：第一求和单元和移位单元。
第一求和单元，用于对所述相邻像素点的像素值进行加权求和。
移位单元，用于将求和结果右移θ个比特位。
第二预测子模块还包括：第二求和单元，用于在加权求和结果上加上不大于相邻像素点的权重和的正整数。移位单元对第二求和单元的求和结果右移θ个比特位。
用于实现本发明实施例的软件可以存储于软盘、硬盘、光盘和闪存等存储介质。
本发明实施例根据待预测像素点的相邻像素点对待预测像素点进行预测，由于待预测像素点的相邻像素点与待预测像素点的距离较近，相关性较强，因此预测结果由于根据相关性较弱的与块相邻的像素点所做的预测结果，所以采用本发明实施例可以使预测结果更准确。本发明实施例还针对不同的预测模式采用了不同的具体预测方法，如根据相邻像素点之间的残差进行预测，或者如为各相邻像素点分配不同的权重并进行加权预测来预测，从而进一步提高预测的准确度。并且，本发明实施例在进行预测过程中，尽量采用运算操作较快的移位操作，以提高预测速度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1、一种帧内预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值；
根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
2、如权利要求1所述的帧内预测方法，其特征在于，当所述方向为水平方向或垂直方向时，根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测的步骤包括：
根据所述相邻像素点中在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点的像素值，以及根据相邻像素点中在所述方向上的两个相邻像素点之间的残差，对待预测像素点进行预测。
3、如权利要求1所述的帧内预测方法，其特征在于，当所述方向为对角线向左、对角线向右、垂直向右、水平向下、垂直向左或水平向上时，根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测的步骤包括：
对所述相邻像素点的像素值进行加权预测，得到的结果为待预测像素点的预测值。
4、如权利要求3所述的帧内预测方法，其特征在于，当所述方向为对角线向左或对角线向右时，在对所述相邻像素点的像素值进行加权预测的过程中，为在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点分配的权重大于所述相邻像素点中其它方向相邻像素点的权重。
5、如权利要求3所述的帧内预测方法，其特征在于，所述相邻像素点的权重之和为2θ；
对所述相邻像素点的像素值进行加权预测的步骤包括：对所述相邻像素点的像素值进行加权求和，并将求和结果右移θ个比特位。
6、如权利要求5所述的帧内预测方法，其特征在于，对所述相邻像素点的像素值进行加权求和并将求和结果右移θ个比特位的步骤包括：
对所述相邻像素点的像素值进行加权求和，再在该加权求和结果上加不大于相邻像素点的权重和的正整数，并对该结果右移θ个比特位。
7、如权利要求6所述的帧内预测方法，其特征在于，所述正整数为权重和的一半。
8、一种用于进行帧内预测的装置，其特征在于，包括：
扫描模块，用于当对块内的待预测像素点进行预测时，按照预测模式所规定的方向，确定与该方向有关的待预测像素点的相邻像素点，并获得该相邻像素点的像素值；
预测模块，用于根据所述相邻像素点的像素值，对待预测像素点进行预测。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，当所述方向为水平方向或垂直方向时，预测模块包括：
第一预测子模块，用于根据所述相邻像素点中在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点的像素值，以及根据相邻像素点中在所述方向上的两个相邻像素点之间的残差，对待预测像素点进行预测。
10、如权利要求8所述的装置，其特征在于，当所述方向为对角线向左、对角线向右、垂直向右、水平向下、垂直向左或水平向上时，预测模块包括：
第二预测子模块，用于对所述相邻像素点的像素值进行加权预测，得到的结果为待预测像素点的预测值。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述方向为对角线向左或对角线向右时，第二预测子模块在对所述相邻像素点的像素值进行加权预测的过程中，为在待预测像素点的所述方向上的相邻像素点分配的权重大于所述相邻像素点中其它方向相邻像素点的权重。
12、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述相邻像素点的权重之和为2θ；
第二预测子模块包括：
第一求和单元，用于对所述相邻像素点的像素值进行加权求和；
移位单元，用于将求和结果右移θ个比特位。
13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，第二预测子模块还包括：第二求和单元，用于在加权求和结果上加上不大于相邻像素点的权重和的正整数；
移位单元对第二求和单元的求和结果右移θ个比特位。
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