帧内预测方法、系统及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种帧内预测方法、系统及计算机可读存储介质，基于不同尺寸子块原始像素值及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值计算子块预测相关特征值，然后基于子块预测相关特征值确定最小候选模式集，最后计算并判断子块最佳帧内预测模式。本发明专利技术能够准确快速地决策H.265帧内预测的最小候选模式集，仅对每种子块的少数候选预测模式进行选择，从而减少模式选择的时间，加快帧内预测算法的速度。

Intra prediction method, system and computer readable storage medium

【技术实现步骤摘要】
帧内预测方法、系统及计算机可读存储介质
本专利技术涉及视频编码技术，特别是一种帧内预测方法、系统及计算机可读存储介质。
技术介绍
视频数据具有数据量大、相关性高的特点，必须通过视频编码技术进行压缩。随着通信技术和多媒体技术的不断发展，人们对视频应用的需求越来越大，视频应用呈现出清晰度越来越高、帧率越来越大的特点，这进一步对视频压缩率提出了更高的要求。在此背景下，JointCollaborativeTeamonVideoCoding(JCT-VC)提出了H.265标准，在原先H.264标准的技术框架下，对各项编解码算法进行了进一步的扩展和革新。和H.264相比，H.265能够在相同的重构图像质量下将压缩率提高一倍。性能提高的代价是计算复杂度的大幅度增加，这在一定程度上限制了H.265的推广应用，如何在保证编码质量的同时缩减编码时间成为迫切需要解决的问题。H.265采用了和H.26x和MPEG系列标准相同的基于块的混合编码架构。在帧内预测算法中增加了基于四叉树的灵活编码结构和更为丰富的方向预测模式以更好地适应不同特征的视频序列编码。每个视频帧划分为多个最大编码单元(CTU，64x64)，每个CTU进一步划分为多种尺寸的编码单元(CU，尺寸可以为32x32、16x16、8x8)；每种尺寸的CU，可以进一步划分为更小尺寸的块作为预测编码的基本单位(PU)；对不同尺寸的PU，H.265最多提供35种帧内预测模式以供选择，包括33种方向预测模式和DC预测、平面预测两种非方向预测模式；基于率失真优化(RDO)方法选择最优CU划分和最佳帧内预测模式可以获得最好的编码效果。在帧内预测中，最优CU划分和最佳预测模式选择占编码计算量的80％以上，研究快速的帧内预测方法具有重要意义。学术界和产业界提出过很多快速帧内预测方法。比如采用粗略模式决策(RMD)方法和最可能模式(MPM)方法获得数目较少的候选模式集，从而减少计算复杂的RD运算次数，这种方法已经被H.265测试源码HM采用。“利用平滑区域检测的HEVC帧内编码快速算法””(蒋洁等，西安电子科技大学学报(自然科学版)，2013年6月，第40卷，第三期，194-200页)基于编码单元的率失真函数判断其平滑程度，从而快速确定编码块划分。“基于sobel算子的帧内快速判决方法、装置及存储介质”(公开号CN108881904A)利用sobel算子计算编码块每一个像素四个方向的梯度值，以此为基础计算编码块在4个方向的梯度投影值，并以此为依据判定编码块划分和预测方向。在专利技术“一种基于图像纹理特征的视频编码帧内预测方法”(授权公开号CN105120292B)中，同样采用sobel算子计算每一个像素的梯度值，并基于此计算每一个编码块的梯度幅值和强边缘数目，以此为基础确定编码块候选模式，同时结合两个经验阈值提前终止子块划分判断。上述方法取得了一定的帧内预测加速效果，但是其快速算法本身计算复杂度依然比较大，难以实现实时帧内预测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种帧内预测方法、系统及计算机可读存储介质，降低帧内预测算法计算复杂度，减少帧内预测的时间。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种帧内预测方法，包括：利用原始图像像素值计算图像中每个子块的预测相关特征值，基于所述预测相关特征值确定每个子块的候选预测模式子集，从所述候选预测子集中选择最佳预测模式。借由上述方法能够准确快速地决策H.265帧内预测的最小候选模式集，仅对每种子块的少数候选预测模式进行选择，从而减少模式选择的时间，加快帧内预测算法的速度。本专利技术中，利用原始图像像素值计算图像中每个子块的预测相关特征值的具体实现过程包括：对于每一个4x4子块，基于4x4子块原始像素值及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值构建5x5矩阵，并基于该矩阵计算4x4子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X4x4、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y4x4和预测方向相关特征值TANG_DIR4x4；其中左侧相邻像素是指当前4x4子块水平方向左侧相邻的4个像素，上方相邻像素是指当前4x4子块垂直方向上方相邻的4个像素，左上方相邻像素是指当前4x4子块左上方相邻的那1个像素。对于每一个8x8子块，基于8x8子块原始像素及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值构建9x9矩阵，并基于构成该8x8子块的4个4x4子块预测相关特征计算中间结果，计算8x8子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X8x8、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y8x8和预测方向相关特征TANG_DIR8x8；其中左侧相邻像素是指当前8x8子块水平方向左侧相邻的8个像素，上方相邻像素是指当前8x8子块垂直方向上方相邻的8个像素，左上方相邻像素是指当前8x8子块左上方相邻的那1个像素。对于每一个16x16子块，基于16x16子块原始像素及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值构建17x17矩阵，并基于构成该16x16子块的4个8x8子块预测相关特征计算中间结果，计算16x16子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X16x16、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y16x16和预测方向相关特征值TANG_DIR16x16；其中左侧相邻像素是指当前16x16子块水平方向左侧相邻的16个像素，上方相邻像素是指当前16x16子块垂直方向上方相邻的16个像素，左上方相邻像素是指当前16x16子块左上方相邻的那1个像素。对于每一个32x32子块，基于32x32子块原始像素及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值构建33x33矩阵，并基于构成该32x32子块的4个16x16子块预测相关特征计算中间结果，计算32x32子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X32x32、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y32x32和预测方向相关特征值TANG_DIR32x32；其中左侧相邻像素是指当前32x32子块水平方向左侧相邻的32个像素，上方相邻像素是指当前32x32子块垂直方向上方相邻的32个像素，左上方相邻像素是指当前32x32子块左上方相邻的那1个像素。对于每一个64x64子块，基于64x64子块原始像素及其左侧、上方和左上方相邻像素原始像素值构建65x65矩阵，并基于构成该64x64子块的4个32x32子块预测相关特征计算中间结果，计算64x64子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X64x64、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y64x64和预测方向相关特征值TANG_DIR64x64；其中左侧相邻像素是指当前64x64子块水平方向左侧相邻的64个像素，上方相邻像素是指当前64x64子块垂直方向上方相邻的64个像素，左上方相邻像素是指当前64x64子块左上方相邻的那1个像素。基于所述预测相关特征值确定每个子块的候选预测模式子集的实现过程包括：根据子块的预测方向相关特征TANG_DIRixi，确定N个可能与TANG_DIRixi匹配的预测方向，将N个方向预测模式放入最小候选模式集；根据子块的水平方向的预测相关特征值RLVC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种帧内预测方法，其特征在于，包括：利用原始图像像素值计算图像中每个子块的预测相关特征值，基于所述预测相关特征值确定每个子块的候选预测模式子集，从所述候选预测子集中选择最佳预测模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种帧内预测方法，其特征在于，包括：利用原始图像像素值计算图像中每个子块的预测相关特征值，基于所述预测相关特征值确定每个子块的候选预测模式子集，从所述候选预测子集中选择最佳预测模式。


2.根据权利要求1所述的帧内预测方法，其特征在于，利用原始图像像素值计算图像中每个子块的预测相关特征值的具体实现过程包括：
对于每一个4x4子块，基于4x4子块原始像素值及其左侧4个相邻像素、上方4个相邻像素和左上方1个相邻像素的原始像素值构建5x5矩阵，并基于该矩阵计算4x4子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X4x4、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y4x4和预测方向相关特征值TANG_DIR4x4；
对于每一个8x8子块，基于8x8子块原始像素及其左侧8个相邻像素、上方8个相邻像素和左上方1个相邻像素的原始像素值构建9x9矩阵，并基于构成该8x8子块的4个4x4子块预测相关特征计算中间结果，计算8x8子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X8x8、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y8x8和预测方向相关特征TANG_DIR8x8；
对于每一个16x16子块，基于16x16子块原始像素及其左侧16个相邻像素、上方16个相邻和左上方1个相邻像素的原始像素值构建17x17矩阵，并基于构成该16x16子块的4个8x8子块预测相关特征计算中间结果，计算16x16子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X16x16、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y16x16和预测方向相关特征值TANG_DIR16x16；
对于每一个32x32子块，基于32x32子块原始像素及其左侧32个相邻像素、上方32个相邻像素和左上方1个相邻像素的原始像素值构建33x33矩阵，并基于构成该32x32子块的4个16x16子块预测相关特征计算中间结果，计算32x32子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X32x32、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y32x32和预测方向相关特征值TANG_DIR32x32；
对于每一个64x64子块，基于64x64子块原始像素及其左侧64个相邻像素、上方64个相邻像素和左上方1个相邻像素的原始像素值构建65x65矩阵，并基于构成该64x64子块的4个32x32子块预测相关特征计算中间结果，计算64x64子块水平方向的预测相关特征值RLVC_X64x64、垂直方向的预测相关特征值RLVC_Y64x64和预测方向相关特征值TANG_DIR64x64。


3.根据权利要求2所述的帧内预测方法，其特征在于，基于所述预测相关特征值确定每个子块的候选预测模式子集的实现过程包括：根据子块的预测方向相关特征TANG_DIRixi，确定N个可能与TANG_DIRixi匹配的预测方向，将N个方向预测模式放入最小候选模式集；根据子块的水平方向的预测相关特征值RLVC_Xixi和垂直方向的预测相关特征值RLVC_Yixi，确定是否将DC预测模式或者平面预测模式进入最小候选模式集；i＝4、8、16、32、64。


4.根据权利要求2所述的帧内预测方法，其特征在于，采用RDO方式，从每个子块的候选模式集中选择该子块的最佳帧内预测模式，并确定帧内预测子块划分方式。


5.根据权利要求2所述的帧内预测方法，其特征在于，当前4x4子块在水平方向的预测相关特征RLVC_X4x4计算公式为：RLVC_X4x4＝SUM4x4+SUM_T4x1-4*(SUM_L1x4+P(-1,-1)_4x4)；当前4x4子块在垂直方向的预测相关特征RLVC_Y4x4计算公式为：RLVC_Y4x4＝SUM4x4+SUM_L1x4-4*(SUM_T4x1+P(-1,-1)_4x4)；当前4x4子块的预测方向相关特征TANG_DIR4x4计算公式为：






其中，SUM4x4为当前4x4子块原始像素灰度值的和；SUM_L1x4为当前4x4子块左侧相邻像素值的和；SUM_T4x1为当前4x4子块上方相邻像素值的和；P(-1,-1)_4x4为当前4x4子块左上方相邻像素值。


6.根据权利要求2所述的帧内预测方法，其特征在于，当前8x8子块在水平方向的预测相关特征RLVC_X8x8计算公式为：RLVC_X8x8＝SUM8x8+SUM_T8x1-8*(SUM_L1x8+P(-1,-1)_8x8)；当前8x8子块在垂直方向的预测相关特征RLVC_Y8x8计算公式为：RLVC_Y8x8＝SUM8x8+SUM_L1x8-8*(SUM_T8x1+P(-1,-1)_8x8)；当前8x8子块的预测方向相关特征TANG_DIR8x8计算公式为：






其中，SUM8x8为基于4个4x4子块原始像素灰度值的和计算8x8子块原始像素灰度值的和；SUM_L1x8为基于左边2个4x4子块左侧相邻像素值的和计算8x8子块左侧相邻像素值的和；SUM_T8x1为基于上边2个4x4子块上方相邻像素值的和计算8x8子块上方相邻像素值的和；P(-1,-1)_8x8为当前8x8子块左上方相邻像素值。


7.根据权利要求2所述的帧内预测方法，其特征在于，当前16x16子块在水平方向的预测相关特征RLVC_X16x16计算公式为：RLV...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗林，刘蓬侠，罗恒，王磊，艾明哲，伍玉良，易雨农，胡志文，何志强，陈东泽，黄浩逸，贺维佳，徐喆，陈奕军，龙刘靖，
申请(专利权)人：湖南长城银河科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43