CN101385347A - 视频帧内预测编码/解码的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于视频帧内预测编码/解码的装置与方法。该帧内预测编码方法包括：将输入块的像素划分为多个组；利用先前处理的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测编码；重构第一组的帧内预测编码的像素；利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，确定剩余组的每个像素的方向性；以及根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，对剩余组的像素进行预测编码，并且根据预定的顺序以组为单位依次处理剩余组的像素。

Description

视频帧内预测编码/解码的装置与方法
技术领域
符合本发明的装置与方法涉及视频的帧内预测，更具体地，涉及视频帧内预测编码/解码，其中将当前块划分为多个组，利用当前块的先前处理的邻近块的像素，对第一组的像素进行帧内预测，并且利用相应先前组的重构的像素，对剩余组的像素进行帧内预测。
背景技术
根据诸如运动画面专家组(MPEG)-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264/MPEG-4/高级视频编码(AVC)等视频压缩标准，将画面划分为宏块用于视频编码。在以所有帧间预测(interprediction)以及帧内预测(intraprediction)编码模式编码了每个宏块之后，根据编码宏块所需的比特率、以及原始宏块与解码的宏块之间的许可失真，选择适当的编码模式。然后以所选择的编码模式编码宏块。
在帧内预测时，与参照参考画面不同，使用在空间上邻近要编码的宏块的像素的值，估计要编码的宏块的预测值，并且当编码当前画面的宏块时，编码预测值与原始像素值之间的差。帧内预测模式分为用于亮度分量的4 x 4帧内预测模式、(高简档(high profile)情况下)8 x 8帧内预测模式、16 x 16帧内预测模式、以及用于色度分量的帧内预测模式。
图1显示根据H.264标准的用于亮度分量的16 x 16帧内预测模式，图2显示根据H.264标准的用于亮度分量的4 x 4帧内预测模式。
参照图1，有四种16 x 16帧内预测模式，即垂直模式、水平模式、直流(DC)模式、以及平面模式。参照图1，有九种4 x 4帧内预测模式，即垂直模式、水平模式、DC模式、向左下对角线模式、向右下对角线模式、垂直向右模式、垂直向左模式、水平向上模式、以及水平向下模式。
例如，当以模式0(即图2的垂直模式)预测编码4 x 4当前块时，4 x 4当前块之上邻近的像素A至D的像素值被预测作为4 x 4当前块的像素值。换言之，像素A的像素值被预测作为4x4当前块的第一列的四个像素的像素值，像素B的像素值被预测作为4 x 4当前块的第二列的四个像素的像素值，像素C的像素值被预测作为4 x 4当前块的第三列的四个像素的像素值，像素D的像素值被预测作为4 x 4当前块的第四列的四个像素的像素值。接着，获得并且编码使用像素A至D预测的4 x 4当前块的像素的像素值与在原始4 x 4当前块中包含的像素的实际像素值之间的差。
在根据H.264标准的视频编码中，以总共13种模式编码当前宏块，包括4 x 4帧内预测模式与16 x 16帧内预测模式，然后以具有最小成本的编码模式对当前宏块进行帧内预测编码。这意味着以四种16 x 16帧内预测模式帧内预测当前宏块，并且选择具有最小成本的一种。以九种4 x 4帧内预测模式帧内预测当前宏块的每个4 x 4子块，并且为每个子块选择具有最小成本的一种。比较所选的16 x 16帧内预测模式的成本以及所选的4 x 4帧内预测模式的成本的和，并且选择具有最小成本的模式。
通过这种方式，根据相关技术的帧内预测使用从要帧内预测的当前块的邻近块采样的像素，而不使用在当前块中包含的像素。结果，当当前块的视频非常不同于邻近块的视频时，帧内预测的块与实际块之间的差可能较大。因为根据相关技术的帧内预测仅使用邻近块的像素信息而不使用要帧内预测的当前块的像素信息，所以预测和编码效率可能受到限制。
发明内容
技术方案
本发明提供一种视频帧内预测编码/解码的装置与方法，其中使用当前块的重构像素的内插像素以及当前块的邻近块的像素，作为视频帧内预测时的预测算子，由此提高预测效率。
根据本发明的一方面，提供了一种视频帧内预测编码方法。该方法包括：将输入块的像素划分为多个组；利用先前处理的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测编码；重构第一组的帧内预测编码的像素；利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，确定剩余组的每个像素的方向性；以及根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，对剩余组的像素进行预测编码，并且根据预定的顺序以组为单位依次处理剩余组的像素。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频帧内预测编码装置。该装置包括：块划分单元、方向确定单元、以及帧内预测单元。块划分单元将输入块的像素划分为多个组。方向确定单元确定该多个组的每个像素的方向性。帧内预测单元利用先前处理的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测编码，根据预定的顺序以组为单位依次处理剩余组的像素，并且根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，对剩余组的像素进行预测编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频帧内预测解码方法。该方法包括：接收比特流，该比特流包含：通过划分输入块而获得的多个组中的第一组的利用邻近块的像素进行了帧内预测编码的像素的数据，以及利用第一组的重构的像素以及先前处理的其他组的重构的像素进行了帧内预测编码的像素的数据；确定剩余组的每个像素的方向性；以及根据所确定的方向性，利用第一组的解码的像素以及先前解码的其他组的像素，预测剩余组的像素。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频帧内预测解码装置。该装置包括：帧内预测模式确定单元与帧内预测单元。帧内预测模式确定单元接收比特流，该比特流包含：通过划分输入块而获得的多个组中的第一组的利用邻近块的像素进行了帧内预测编码的像素的数据，以及利用第一组的重构的像素以及先前处理的其他组的重构的像素进行了帧内预测编码的像素的数据；并且利用在收到的比特流中包含的帧内预测模式信息，确定帧内预测模式。帧内预测单元对第一组的像素进行帧内预测解码，确定剩余组的每个像素的方向性，并且根据所确定的方向性，利用第一组的解码的像素以及先前处理的其他组的解码的像素，预测剩余组的像素。
技术效果
根据本发明的示范性实施例，当前块的像素之间的相关性以及当前块的邻近块用于视频帧内预测，由此提高了预测效率和编码效率。
附图说明
图1显示根据H.264标准的用于亮度分量的16 x 16帧内预测模式；
图2显示根据H.264标准的用于亮度分量的4 x 4帧内预测模式；
图3为使用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码装置的视频编码器的方框图；
图4为根据本发明示范性实施例的图3的帧内预测单元的方框图；
图5显示被图4的块划分单元划分的输入块；
图6显示根据本发明示范性实施例的帧中块的处理顺序；
图7显示根据本发明示范性实施例的被图4的块划分单元划分的第一组的像素；
图8为用来解释根据本发明示范性实施例的相对于第一组的像素的帧内预测的视图；
图9显示根据本发明示范性实施例的相对于第二组的像素的帧内预测所需的第一组的像素；
图10与图11A至图11I为用来解释根据本发明示范性实施例的围绕第二组的像素确定方向性的处理的视图；
图12显示根据本发明示范性实施例的相对于第三组的像素的帧内预测所需的第二组的像素；
图13与图14A至图14I为用来解释根据本发明示范性实施例的围绕第三组的像素确定方向性的处理的视图；
图15显示根据本发明示范性实施例的相对于第四组的像素的帧内预测所需的第一组至第三组的重构的像素；
图16显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第三组的像素的帧内预测所需的第一组的像素；
图17显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第二组的像素的帧内预测所需的第一组与第三组的像素；
图18显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第四组的像素的帧内预测所需的第一组至第三组的像素；
图19为显示根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法的流程图；
图20为显示根据本发明另一示范性实施例的视频帧内预测编码方法的流程图；
图21为使用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测解码装置的视频解码器的方框图；
图22为根据本发明示范性实施例的图21的帧内预测单元的方框图；
图23为显示根据本发明示范性实施例的视频帧内预测解码方法的流程图。
具体实施方式
图3为使用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码装置的视频编码器300的方框图。在以下描述中，为了解释方便，根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码装置用于H.264视频编码器。但是，根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码装置也可以用于使用帧内预测的其他压缩方法。
参照图3，视频编码器300包括：运动估计单元302、运动补偿单元304、帧内预测单元330、变换单元308、量化单元310、重排单元312、熵编码单元314、逆量化单元316、逆变换单元318、滤波器320、帧存储器322、以及控制单元325。帧内预测单元330为根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码装置。
运动估计单元302与运动补偿单元304在参考画面中搜索当前画面的宏块的预测值进行帧间预测。
帧内预测单元330在当前画面中搜索当前块的预测值进行帧内预测。具体地，根据本发明示范性实施例的帧内预测单元330接收要预测的当前块，并且以图1与图2所示的16 x 16帧内预测模式、4 x 4帧内预测模式、或者8 x 8帧内预测模式、以及色度帧内预测模式进行帧内预测。帧内预测单元330还将当前块划分为多个组，与在相关技术中一样利用先前处理的邻近块对从该多个组中选择的一个组进行帧内预测，并且利用相应先前组的重构的像素，对剩余的组进行预测。
更具体地，帧内预测单元330将当前块划分为多个组，并且利用当前块的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测。帧内预测单元330利用按照围绕要预测的像素的预定方向上的根据方向性从第一组的像素中选择的参考像素以及其他先前处理的组的像素的平均值，对剩余组的像素进行帧内预测。通过这种方式，因为要帧内预测的当前块的一部分被首先帧内预测、并且使用先前帧内预测的部分的重构的信息帧内预测其他部分，所以当前块内的像素信息以及邻近块的像素可以用于帧内预测，由此提高预测效率。
控制单元325控制视频编码器300的组件，并且确定用于当前块的预测模式。例如，控制单元325可以确定将帧间预测或者帧内预测的块与原始块之间的差最小化的预测模式，作为用于当前块的预测模式。为此，控制单元325计算帧间预测的画面与帧内预测的画面的成本，并且确定具有最小成本的预测模式作为最终的预测模式。此处，可以使用各种方法进行成本计算，例如绝对差和(SAD)成本函数、绝对变换差和(SATD)成本函数、差平方和(SSD)成本函数、平均绝对差(MAD)成本函数、以及拉格郎日成本函数。SAD为4 x 4块的余量的绝对值的和。SATD为通过对4x4块的余量应用Hadamard变换而获得的系数的绝对值的和。SSD为4 x 4块预测样本的余量的平方的和。MAD为4 x 4块预测样本的余量的绝对值的平均。拉格郎日成本函数为包含比特流信息的改进成本函数。
一旦通过帧间预测或者帧内预测找到了当前宏块要参照的预测数据，就将其从当前宏块中减去，以生成余量。通过变换单元308，将所生成的余量变换到频率域，然后由量化单元310量化。熵编码单元314编码量化的余量，以输出比特流。
为了获得用于帧间预测的参考画面，由逆量化单元316与逆变换单元318处理量化后的画面，由此重构当前画面。所重构的当前画面由进行解块化滤波的滤波器320处理，然后存储在帧存储器322中，以用于下一画面的帧间预测。在解块化滤波之前的第一组的重构的视频数据被输入到帧内预测单元330，以用作为用于预测剩余组的像素的参考数据。
图4为根据本发明示范性实施例的图3的帧内预测单元330的方框图，并且图5显示被图4的块划分单元331划分的输入块。
参照图4，根据本发明示范性实施例的帧内预测单元330包括：块划分单元331、帧内预测器332、以及方向确定单元333。帧内预测器332包括用于处理通过划分输入块而获得的多个组中的每一个组的帧内预测器。在图4中，帧内预测器332包括第一帧内预测器332a、第二帧内预测器332b、第三帧内预测器332c、以及第四帧内预测器332d，用来处理通过划分输入块而获得的四个组。
块划分单元331将输入块的像素划分为包含至少两个组的多个组。例如，如图5所示，块划分单元331可以将输入的16 x 16块的像素划分为四个组。参照图5，第一组包括输入块像素中的偶数行偶数列中的像素，第二组包括位于第一组的像素的左侧与右侧的像素，第三组包括位于第一组的像素之上与之下的像素，而第四组包括没有包含在第一组至第三组中的剩余像素。类似地，即使当输入块尺寸为M x N(M＝2m，N＝2n，并且m与n为正整数)而非16 x 16时，也可以将输入块的像素划分为组。第一组包括根据如图6所示的光栅扫描处理顺序(即其中从左到右从上至下依次处理块的块处理顺序)选择用于相对于其他组的高效空间内插预测的像素。
图7显示根据本发明示范性实施例的被图4的块划分单元331划分的第一组的像素，图8为用来解释根据本发明示范性实施例的相对于第一组的像素的帧内预测的视图。在图8中，Px，y指示输入当前块800的第x行第y列中的像素。
第一帧内预测器332a利用当前块的邻近块的像素，首先对第一组的像素进行帧内预测。此时，可以使用根据H.264标准的帧内预测或者使用邻近块的像素的其他帧内预测方法。例如，在根据垂直模式的帧内预测中，第一帧内预测器332a首先预测在当前块之上邻近并且位于与第一组的像素相同列中的像素V2，V4，V6，...V14，V16的像素值为当前块的第一组的像素的像素值。换言之，预测像素V2的像素值为第一组的第二列的8个像素的像素值，预测像素V4的像素值为第一组的第四列的8个像素的像素值，预测像素V6的像素值为第一组的第六列的8个像素的像素值。通过这种方式，使用当前块的邻近块的像素，帧内预测第一组的像素。在第一帧内预测器332a根据各种帧内预测模式(例如水平模式)进行了帧内预测之后，其根据在每种帧内预测模式下帧内预测的第一组与原始图像对应于第一组的部分之间的差，比较帧内预测模式的成本，以确定用于第一组的帧内预测模式。
为帧内预测的第一组与当前块对应于第一组的原始像素之间的差的余量由变换单元308变换，然后由量化单元310量化。量化后的第一组的余量经过逆量化单元316与逆变换单元318，并且被加到帧内预测的第一组进行重构。重构的第一组被存储在帧存储器322中。
图9显示根据本发明示范性实施例的相对于第二组的像素的帧内预测所需的第一组的像素。
参照图9，利用先前处理的第一组的像素，预测标记有三角的第二组的像素。例如，可以使用在虚线910中包含的第一组的像素，预测第二组的像素911。此时，为了确定用于预测第二组的像素的第一组的像素的参考像素，方向确定单元333确定围绕第二组的像素的方向性。
图10与图11A至图11I为用来解释根据本发明示范性实施例的围绕第二组的像素确定方向性的处理的视图。在图10中，要预测的第二组的像素1000由C指示，并且邻近像素1000的左侧与右侧的像素由Li和Rj指示(i，j＝-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)。此处，L-4，L-2，L0，L2，L4，R-4，R-2，R0，R2，R4为第一组的重构的像素。在Ln中，如果n为奇数，则Ln具有Ln-1与Ln+1之间的平均值。在Rn中，如果n为奇数，则Rn具有Rn-1与Rn+1之间的平均值。
参照图11A至图11I，通过计算第二组的像素C的邻近像素的绝对值差的平均值，如下计算方向性系数D1至D9：
D1＝(|L-1-R-1|+|L0-R0|+|L1-R1)/3(图11A)；
D2＝(|L-2-R0|+|L-1-R1|+|L0-R2)/3(图11B)；
D3=(|L-3-R1|+|L-2-R2|+|L-1-R3|)/3(图11C)；
D4=(|L-4-R2|+|L-3-R3|+|L-2-R4|)/3(图11D)；
D5＝(|L-4-R4|(图11E)；
D6＝(|L0-R-2|+|L1-R-1|+|L2-R0)/3(图11F)；
D7＝(|L1-R-3|+|L2-R-2|+|L3-R-1)/3(图11G)；
D8＝(|L2-R-4|+|L3-R-3|+|L4-R-2)/3(图11H)；
D9＝|L4-R-4|(图11I)；公式[1]
方向确定单元333选择所计算的方向性系数D1至D9中的最小方向性系数，并且确定在对应于所选方向性系数的方向上的第一组的重构的像素为参考像素。此处，对于方向的确定不限于上述描述，而是可以根据从邻近像素到第二组的像素的距离，向第二组的像素的邻近像素的绝对值差施加权重，或者可以使用其他各种方向性测量算法。
返回参照图10，如果选择了方向性系数D1，则第二帧内预测器332b确定对应于方向性系数D1的第一组的重构的像素L0与R0为参考像素，并且使用参考像素的平均值(L0+R0)/2作为第二组的像素C的预测算子。换言之，预测第二组的像素C为(L0+R0)/2。如果选择了方向性系数D2，则第二帧内预测器332b使用(L-2+R0+L0+R2)/4作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D3，则第二帧内预测器332b使用(L-2+R2)/2作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D4，则第二帧内预测器332b使用(L-4+R2+L-2+R4)/4作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D5，则第二帧内预测器332b使用(L-4+R4)/2作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D6，则第二帧内预测器332b使用(L0+R-2+L2+R0)/4作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D7，则第二帧内预测器332b使用(L2+R-2)/2作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D8，则第二帧内预测器332b使用(L2+R-4+L4+R-2)/4作为第二组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D9，则第二帧内预测器332b使用(L4+R-4)/2作为第二组的像素C的预测算子。
可以仅利用第一组的重构的像素来如下生成方向性系数D1至D9：
D1＝(|L-2-R-2|+|L0-R0|+|L2-R2)/3；
D2＝(|L-2-R0|+|L0-R2|)/2
D3＝(|L-4-R0|+|L-2-R2|+|L0-R4|)/3；
D4＝(|L-4-R2|+|L-2-R4|)/2；
D5＝|L-4-R4|；
D6＝(|L0-R-2|+|L2-R0|)/2
D7＝(|L0-R-4|+|L2-R-2|+L4-R0)/3；
D8＝(|L2-R-4|+|L4-R-2|)/2；
D9＝|L4-R-4|公式[2]
对方向的确定以及对用于相对于剩余组的预测的参考像素的确定与上述的类似，由此不再描述。
如上所述，根据方向确定单元333确定的方向，利用先前处理的第一组的重构的像素，预测第二组的每个像素。一旦生成了第二组所有像素的预测值，则计算预测值与输入块中相应于第二组的像素之间的余量。该余量由变换单元308变换，然后由量化单元310量化。第二组的量化的余量经过逆量化单元316与逆变换单元318，被加到第二组的预测值上进行重构，然后存储在帧存储器322中。
图12显示根据本发明示范性实施例的相对于第三组的像素的帧内预测所需的第一组与第二组的像素。
参照图12，利用先前处理的第一组与第二组的重构的像素，预测第三组的像素。例如，可以利用在虚线1201中的当前块以及当前块的先前处理的邻近块中包含的第一组与第二组的重构的像素，预测第三组的像素1211。与相对于第二组的像素的预测一样，为了确定用于相对于第三组的像素的预测的第一组与第二组的参考像素，方向确定单元333确定围绕第三组的像素的方向性。
图13与图14A至图14I为用来解释根据本发明示范性实施例的围绕第三组的像素确定方向性的处理的视图。在图13中，第三组的像素1300由C指示，并且邻近像素1300之上与之下的像素由Ui和dj指示(i，j＝-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)。此处，U-4，U-2，U0，U2，U4，d-4，d-2，d0，d2，d4为第一组的重构的像素，而U-1，U-3，U1，U3，d-1，d-3，d1，d3为第二组的重构的像素。
参照图14A至图14I通过计算第三组的像素C的邻近像素的绝对值差的平均值，如下计算方向性系数D1至D9：
D1＝(|U-1-d-1|+|U0-d0|+|U1-d1|)/3(图14A)；
D2＝(|U-2-d0|+|U-1-d1|+|U0-d2|)/3(图14B)；
D3＝(|U-3-d1|+|U-2-d2|+|U-1-d3|)/3(图14C)；
D5＝|U-4-d4|(图14E)；
D6＝(|U0-d-2|+|U1-d-1|+|U2-d0|)/3(图14F)；
D7＝(|U1-d-3|+|U2-d-2|+|U3-d-1|)/3(图14G)；
D8＝(|U2-d-4|+|U3-d-3|+|U4-d-2|)/3图14H)；
D9＝|U4-d-4|(图14I)；公式[3]
方向确定单元333选择所计算的方向性系数D1至D9中的最小方向性系数，并且确定在对应于所选方向性系数的方向上的第一组与第二组的重构的像素为参考像素。
一旦方向确定单元333确定了围绕第三组的像素的方向性系数，第三帧内预测器332c就根据所确定的方向性，利用第一组与第二组的重构的像素，预测第三组的像素。
返回参照图13，如果选择了方向性系数D1，则第三帧内预测器332c确定对应于方向性系数D1的第一组的重构的像素U0与d0为参考像素，并且使用参考像素的平均值(U0+d0)/2作为第三组的像素C的预测算子。换言之，预测第三组的像素C为(U0+d0)/2。如果选择了方向性系数D2，则第三帧内预测器332c使用(U-1+d1)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D3，则第三帧内预测器332c使用(U-2+d2)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D4，则第三帧内预测器332c使用(U-3+d3)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D5，则第三帧内预测器332c使用(U-4+d4)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D6，则第三帧内预测器332c使用(U1+d-1)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D7，则第三帧内预测器332c使用(U2+d-2)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D8，则第三帧内预测器332c使用(U3+d-3)/2作为第三组的像素C的预测算子。如果选择了方向性系数D9，则第三帧内预测器332c使用(U4+d-4)/2作为第三组的像素C的预测算子。
如上所述，根据方向确定单元333确定的方向，利用先前处理的第一组与第二组的重构的像素，预测第三组的每个像素。一旦生成了第三组所有像素的预测值，则计算第三组的预测值与输入块中相应于第三组的像素之间的余量。该余量由变换单元308变换，然后由量化单元310量化。第三组的量化的余量经过逆量化单元316与逆变换单元318，被加到第三组的预测值上进行重构，然后存储在帧存储器322中。
图15显示根据本发明示范性实施例的相对于第四组的像素的帧内预测所需的第一组至第三组的重构的像素。
参照图15，利用先前处理的第一组至第三组的重构的像素，预测第四组的像素。例如，可以利用在虚线1510中的当前块以及当前块的先前处理的邻近块中包含的第一组至第三组的重构的像素，预测第四组的像素1511。与相对于第二组与第三组的像素的预测一样，为了确定用于相对于第四组的像素的预测的第一组至第三组的参考像素，方向确定单元333确定围绕第四组的像素的方向性。与参照图13与图14A至图14I描述的相对于第三组的像素的预测一样，使用第一组至第三组的重构的像素，预测第四组的像素。但是，在确定围绕第四组的像素的方向性时，可以利用位于第四组的像素的左侧与右侧的第三组的像素的绝对值差的平均值，另外计算方向性系数D10。
一旦利用第一组至第三组的重构的像素生成了第四组所有像素的预测值，则计算第四组的预测值与输入块中相应于第四组的像素之间的余量。该余量由变换单元308变换，然后由量化单元310量化。第四组的量化的余量经过逆量化单元316与逆变换单元318，被加到第四组的预测值上进行重构，然后存储在帧存储器322中。
在以上本发明的示范性实施例中，依次预测通过划分输入块而获得的第一组至第四组的像素。在本发明另一示范性实施例中，第二组与第三组的处理顺序相互交换，并且利用第一组的重构的像素，预测第三组的像素，而利用第一组与第三组的重构的像素，预测第二组的像素。
图16显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第三组的像素的帧内预测所需的第一组的像素。
参照图16，利用先前处理的第一组的重构的像素，预测第三组的像素。例如，可以利用在虚线1610中的当前块以及当前块的先前处理的邻近块中包含的第一组的像素，预测第三组的像素1611。与本发明以上示范性实施例一样，方向确定单元333首先确定围绕第三组的像素的方向性，并且利用对应于所确定的方向性的第一组的重构的像素，预测第三组的像素。
图17显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第二组的像素的帧内预测所需的第一组与第三组的像素。
参照图17，利用先前处理的第一组与第三组的重构的像素，预测第二组的像素。例如，可以利用在虚线1710中的当前块以及当前块的先前处理的邻近块中包含的第一组与第三组的像素，预测第二组的像素1711。与本发明以上示范性实施例一样，方向确定单元333首先确定围绕第二组的像素的方向性，并且利用对应于所确定的方向性的第一组与第三组的重构的像素，预测第二组的像素。
图18显示根据本发明另一示范性实施例的相对于第四组的像素的帧内预测所需的第一组至第三组的像素。参照图18，利用先前处理的第一组至第三组的重构的像素，预测第四组的像素。例如，可以利用在虚线1810中的当前块以及当前块的先前处理的邻近块中包含的第一组至第三组的像素，预测第四组的像素1811。
图19为显示根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法的流程图，图20为显示根据本发明另一示范性实施例的视频帧内预测编码方法的流程图。
参照图19，在操作1910，将输入块的像素划分为多个组。在操作1920，利用输入块的先前处理的邻近块的像素，帧内预测该多个组中的第一组的像素。计算第一组的帧内预测的像素的预测值与输入块的原始像素之间的余量，然后将其变换和量化。与预测模式信息一起，量化的余量被熵编码。对第一组的量化的余量进行逆量化与逆变换，并且将第一组的逆变换的余量加到第一组的预测值进行重构，然后存储在存储器中。在操作1930，利用第一组的重构的像素，帧内预测第二组的像素。一旦生成了第二组的帧内预测的像素的预测值以及第二组的原始像素的预测值，就计算第二组的预测值与输入块中对应于第二组的原始像素之间的余量，然后使其经过变换和量化。与预测模式信息一起，量化的余量被熵编码。对第二组的量化的余量进行逆量化与逆变换，并且将第二组的逆变换的余量加到第二组的预测值进行重构，然后存储在存储器中。在操作1940，利用第一组与第二组的重构的像素，帧内预测第三组的像素。如上所述，计算第三组的预测值与输入块中对应于第三组的原始像素之间的余量，然后使其经过变换和量化。与预测模式信息一起，量化的余量被熵编码。对第三组的量化的余量进行逆量化与逆变换，并且将第三组的逆变换的余量加到第三组的预测值进行重构，然后存储在存储器中。在操作1950，利用第一组至第三组的重构的像素，帧内预测第四组的像素。
参照图20，根据本发明另一示范性实施例的视频帧内预测编码方法类似于根据本发明以上示范性实施例的视频帧内预测编码方法，但是第二组与第三组的处理顺序如上所述相互交换。
根据本发明示范性实施例的帧内预测中的余量值可能会大于根据相关技术的帧内预测中的余量值。在这种情况下，可以将指示应用本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法的语法信息以画面、切片、或者画面组(GOP)为单位加到编码的比特流的头部，以自适应地应用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法。例如可以为每个8 x 8块设置一比特语法，并且如果应用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法，则将1加到比特流的头部；否则将0加到比特流的头部。在没有分离的方向模式信息的情况下，处理通过根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法编码的比特流。这是因为，根据本发明示范性实施例，在帧内预测解码对应像素期间，可以利用围绕对应像素的邻近块的像素的绝对值差来确定方向。
另外，在根据本发明示范性实施例的帧内预测时，编码端与解码端可以预先确定根据方向来分类组，例如，在模式1下检查方向性系数D1至D3、在模式2下检查方向性系数D1至D6、以及在模式3下检查方向性系数D1至D9，而不是检查围绕每个组的每个像素的所有方向性，并且在视频帧内预测编码中，以画面、切片、或者GOP为单位将模式信息加到比特流的头部。
除上述的方向性确定方法之外，还可能有其他性能更好的方向性确定方法。例如，假设有N种方法，包括具有低复杂度与低性能的方向性确定方法直至具有高复杂度与高性能的方向性确定方法。在这种情况下，编码端对每个单元(每个画面、每个切片、或者每个GOP)应用该N种方法，以选择最优方法，并且将指示所选方法的索引信息加到每个单元的比特流的头部以发送到解码端。
图21为使用根据本发明示范性实施例的视频帧内预测解码装置的视频解码器2100的方框图。
参照图22，视频解码器2100包括：熵解码单元2110、重排单元2120、逆量化单元2130、逆变换单元2140、运动补偿单元2150、帧内预测单元2160、以及滤波器2170。帧内预测单元2160对应于根据本发明示范性实施例的视频帧内预测解码装置。
熵解码单元2110与重排单元2120接收压缩的比特流，并且进行熵解码，由此生成量化的系数。逆量化单元2130与逆变换单元2140对量化的系数进行逆量化与逆变换，由此提取变换编码系数、运动向量信息、头部信息、以及帧内预测模式信息。此处，帧内预测模式信息可以包含预定语法，其指示输入比特流是否为被划分为多个组以通过根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法进行编码的比特流。如上所述，可以从邻近块的像素的绝对值差，计算每个组的像素的预测的方向信息，并且由此可以不将方向信息包含在比特流中。比特流还可以包含模式信息，其指示多个方向性中在实际编码中使用的方向性。
运动补偿单元2150与帧内预测单元2160利用解码的头部信息，根据编码的画面类型，生成预测的块，并且将预测的块加到误差D’n，以生成uF’n。uF’n由滤波器2170处理，由此生成重构的画面F’n。
具体地，根据本发明示范性实施例的帧内预测单元2160利用在收到的比特流中包含的帧内预测模式信息，确定在编码要解码的当前块时使用的帧内预测模式。当通过根据本发明示范性实施例的视频帧内预测编码方法帧内预测了收到的比特流时，帧内预测单元2160对第一组的像素进行帧内预测解码，并且利用先前处理的组的重构的像素，解码剩余组的像素。
图22为根据本发明示范性实施例的图21的帧内预测单元2160的方框图。
参照图22，帧内预测单元2160包括帧内预测模式确定单元2161与帧内预测器2162。帧内预测器2162包含用于处理通过划分输入块而获得的组的帧内预测器。在图22中，输入块被划分为四个组，并且帧内预测器2162包括第一帧内预测器2162a、第二帧内预测器2162b、第三帧内预测器2162c、以及第四帧内预测器2162d，来处理这四个组。
帧内预测模式确定单元2161根据从收到的比特流中提取的帧内预测模式信息，在包括根据本发明示范性实施例的视频帧内预测模式的各种帧内预测模式中，确定要帧内预测解码的当前块被帧内预测编码的帧内预测模式，以确定当前块的帧内预测模式。
第一帧内预测器2162a解码在收到的比特流中包含的第一组的编码的视频数据，并且输出第一组的解码的视频数据。
第二帧内预测器2162b、第三帧内预测器2162c、以及第四帧内预测器2162d通过相对于第二至第四组的像素计算位于预定角度上的邻近像素的绝对值差，确定剩余组的像素的方向性，根据所确定的方向性确定第一组的解码的像素和/或先前处理的其他组的解码的像素中的参考像素，并且利用所确定的参考像素的平均值，以组为单位对第二至第四组的像素进行帧内预测解码。
图23为显示根据本发明示范性实施例的视频帧内预测解码方法的流程图。
参照图23，在操作2310，收到比特流。比特流包括通过划分输入块而获得的多个组中的第一组的像素的数据，其利用邻近块的像素进行了帧内预测编码，以及利用第一组的重构的像素以及先前处理的其他组的重构的像素进行了帧内预测编码的像素的数据。
在操作2320，对收到的第一组的像素进行帧内预测解码。在操作2330，确定剩余组的每个像素的方向性，并且根据所确定的方向性，使用第一组的解码的像素以及先前处理的其他组的解码的像素，预测剩余组的像素。
本发明不仅可以用于YUV区域中的编码，而且也可以用于RGB区域。在MPEG正在进行标准化的H.264 High 444简档或者高级444简档中，考虑余量颜色变换(RCT)。在2004年7月发布的JVT文件“Text of ISO/IEC 14496 10Advanced Video Coding3rd Edition”(ISO/IEC JTC 1/2C 29/WG11 N6540)中，详细描述了关于RCT的更多的信息。根据相关技术，RGB分量的视频数据被变换到另一色彩空间，例如YCbCr，以进行编码，并且重构YCbCr分量的视频数据，并且将YCbCr分量的重构的视频数据变换到RGB色彩空间以进行解码，由此在色彩格式变换期间造成了色彩失真。为了减少色彩格式变换期间的色彩失真，人们正在研究用于在RGB区域中的视频编码与解码的RCT。
通过将RCT用于本发明的示范性实施例，在视频编码期间，对于根据本发明示范性实施例划分的组，可以在RGB区域中在紧接余量块变换之前进行RCT。
更具体地，当将RCT用于本发明的示范性实施例时，对于RGB色彩空间中的每个颜色分量，将输入块的像素划分为多个组。接着，利用先前处理的邻近块的像素，预测该多个组中的第一组的像素。生成第一组的预测的像素的余量，并且对第一组的预测的像素的余量进行RCT。对第一组的像素的经RCT变换的余量进行DCT、量化、以及熵编码，以进行编码。第一组的编码的像素被重构，然后被存储在存储器中，以用于预测剩余组的像素。如上所述，在确定了剩余组的像素的方向性之后，根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，预测剩余组的像素。通过从原始视频的对应区域中减去预测值，生成剩余组的预测的像素的余量，并且对生成的余量进行色彩变换，并且编码该色彩变换的余量。
除RCT之外，本发明的示范性实施例还可以用于涉及对余量的色彩变换的其他色彩变换。
本发明的示范性实施例还可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质为可以存储以后可以由计算机系统读取的数据的任意数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括：只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备、以及载波。计算机可读记录介质也可以在网络耦合的计算机系统上分布，从而可以分布方式存储和执行计算机可读代码。
虽然参照本发明的示范性实施例具体显示与描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神与范围的前提下，可以进行形式和细节的各种变化。

Claims (22)

1.一种视频帧内预测编码方法，该方法包括:
将输入块的像素划分为多个组；
利用先前处理的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测编码；
重构第一组的帧内预测编码的像素；
利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，确定剩余组的像素的方向性；以及
根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，对剩余组的像素进行预测编码，并且根据预定的顺序以组为单位依次处理剩余组的像素。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定方向性包括:
设置相对于剩余组的每个像素的多个方向，并且计算根据该多个方向的每一个的、剩余组的每个像素的邻近像素的绝对值差的平均值；以及
比较根据该多个方向的、所计算的平均值，以确定该多个方向中具有所计算的平均值中的最小平均值的方向。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述进行预测编码包括:
在第一组的像素以及先前处理的其他组的像素中，确定参考像素；以及
利用所确定的参考像素的平均值，预测剩余组的像素。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述输入块尺寸为MxN，其中M＝2m，N＝2n，并且m与n为正整数，并且将该输入块划分为:第一组，包括输入块像素中的偶数行中偶数号像素；第二组，包括位于第一组的像素的左侧与右侧的像素；第三组，包括位于第一组的像素之上与之下的像素；以及第四组，包括没有包含在第一组至第三组中的剩余像素。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述剩余组的像素按照第二组、然后第三组、然后第四组的顺序处理。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述剩余组的像素按照第三组、然后第二组、然后第四组的顺序处理。
7.如权利要求1所述的方法，还包括:将包括在帧内预测编码中使用的方向性信息的帧内预测模式信息添加到比特流的头部。
8.一种视频帧内预测编码装置，该装置包括:
块划分单元，其将输入块的像素划分为多个组；
方向确定单元，其确定该多个组的像素的方向性；以及
帧内预测单元，其利用先前处理的邻近块的像素，对该多个组中的第一组的像素进行帧内预测编码，根据预定的顺序以组为单位依次处理剩余组的像素，并且根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，对剩余组的像素进行预测编码。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述方向确定单元设置相对于第一像素的多个方向，并且计算根据该多个方向的每一个的、第一像素的邻近像素的绝对值差的平均值，并且比较根据该多个方向的、所计算的平均值，以确定该多个方向中具有所计算的平均值中的最小平均值的方向。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述帧内预测单元在第一组的像素以及先前处理的其他组的像素中确定参考像素，并且利用所确定的参考像素的平均值，预测剩余组的像素。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述输入块尺寸为MxN，其中M＝2m，N＝2n，并且m与n为正整数，并且将该输入块划分为:第一组，包括输入块像素中的偶数行中偶数号像素；第二组，包括位于第一组的像素的左侧与右侧的像素；第三组，包括位于第一组的像素之上与之下的像素；以及第四组，包括没有包含在第一组至第三组中的剩余像素。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述剩余组的像素按照第二组、然后第三组、然后第四组的顺序处理。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述剩余组的像素按照第三组、然后第二组、然后第四组的顺序处理。
14.如权利要求8所述的装置，其中所述帧内预测单元将包括在帧内预测编码中使用的方向性信息的帧内预测模式信息添加到比特流的头部。
15.一种视频帧内预测解码方法，该方法包括:
接收比特流，该比特流包含:通过划分输入块而获得的多个组中的第一组的利用邻近块的像素进行了帧内预测编码的像素的数据，以及利用第一组的重构的像素以及先前处理的其他组的重构的像素进行了帧内预测编码的像素的数据；
确定剩余组的像素的方向性；以及
根据所确定的方向性，利用第一组的解码的像素以及先前解码的其他组的像素，预测剩余组的像素。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述确定方向性包括:
计算第一像素的位于相对于第一像素预定角度方向上的邻近像素的绝对值差的平均值；以及
比较根据所述预定角度方向的所计算的平均值，以确定所述预定角度方向中具有所计算的平均值中的最小平均值的方向。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述预测剩余组的像素包括:
在第一组的像素以及先前处理的其他组的像素中，确定参考像素；以及
利用所确定的参考像素的平均值，预测剩余组的像素。
18.一种视频帧内预测解码装置，该装置包括:
帧内预测模式确定单元，其接收比特流，该比特流包含:通过划分输入块而获得的多个组中的第一组的利用邻近块的像素进行了帧内预测编码的像素的数据，以及利用第一组的重构的像素以及先前处理的其他组的重构的像素进行了帧内预测编码的像素的数据；并且利用在收到的比特流中包含的帧内预测模式信息，确定帧内预测模式；以及
帧内预测单元，其对第一组的像素进行帧内预测解码，确定剩余组的像素的方向性，并且根据所确定的方向性，利用第一组的解码的像素以及先前处理的其他组的解码的像素，预测剩余组的像素。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述帧内预测单元计算第一像素的位于相对于第一像素预定角度方向上的邻近像素的绝对值差的平均值，并且比较根据所述预定角度方向的所计算的平均值，以确定所述预定角度方向中具有所计算的平均值中的最小平均值的方向。
20.如权利要求18所述的装置，其中所述帧内预测单元在第一组的像素以及先前处理的其他组的像素中，确定参考像素，并且利用所确定的参考像素的平均值，预测剩余组的像素。
21.一种视频帧内预测编码方法，该方法包括:
对于预定色彩空间中的每个颜色分量，将输入块的像素划分为多个组；
利用先前处理的邻近块的像素，预测该多个组中的第一组的像素；
生成第一组的预测的像素的余量，对所生成的余量进行色彩变换，并且编码该色彩变换的余量；
重构第一组的编码的像素；
利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，确定剩余组的像素的方向性；以及
根据所确定的方向性，利用第一组的重构的像素、以及先前处理的其他组的重构的像素，预测剩余组的像素；以及
生成剩余组的预测的像素的余量，对所生成的余量进行色彩变换，并且编码该色彩变换的余量，
其中根据预定顺序以组为单位依次处理剩余组的像素。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述预定色彩空间为RGB色彩空间。
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