CN109640087A - 一种帧内预测模式判决方法、装置及设备 - Google Patents

一种帧内预测模式判决方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种帧内预测模式判决方法，包括分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定待编码宏块的有效帧内预测模式；若有效帧内预测模式的数量超出预设阈值，计算待编码宏块中图像纹理的方向角；依据预设匹配规则，从待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为待编码宏块最终的帧内预测模式。本发明能够减少需要遍历的角度相关的帧内预测模式的个数，从而降低预分析过程中的计算量，提高帧内预测的效率。本发明还公开了一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。

Description

一种帧内预测模式判决方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及帧内预测技术领域，特别是涉及一种帧内预测模式判决方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。AVS+是在AVS基础上的扩展版本，主要用于广电行业标准，其压缩效率有明显提升。
帧内预测是AVS、AVS+视频编码标准的核心技术之一，是指利用视频空间域的相关性，使用当前图像已编码的像素预测当前像素，以达到去除视频空间冗余的目的。AVS、AVS+的每个宏块(Macro Block，MB)的帧内8x8的预测模式高达5种，包括DC模式以及4种角度有关的模式。其中，每幅图像帧被划分为多个相同大小的宏块，8x8模式指的是每个宏块的亮度分量被划分为8x8个亮度点，每个宏块作为一个帧内预测的基本单元，针对每一个宏块进行预测与编码。
目前，AVS、AVS+编码过程中，想要进行帧内预测的话，首先需要遍历该5种帧内预测模式，之后确定失真率最低的一种帧内预测模式作为最终的帧内预测模式，之后依据最终的帧内预测模式完成帧内预测。该过程中，由于需要预先遍历全部帧内预测模式进行预分析，因此，最终帧内预测模式的计算量大，帧内预测模式效率低。
因此，如何提供一种计算量小、效率高的帧内预测模式判决方法、装置、设备及计算机可读存储介质是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种帧内预测模式判决方法，能够减少需要遍历的角度相关的帧内预测模式的个数，从而降低预分析过程中的计算量，提高帧内预测的效率；本发明的另一目的是提供一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种帧内预测模式判决方法，包括：
分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定所述待编码宏块的有效帧内预测模式；
判断所述有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角；所述预设阈值为大于2的正整数；
依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
优选地，若所述有效帧内预测模式的数量未超出预设阈值，则分别在所述待编码宏块有效的各个帧内预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
优选地，所述依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式的过程，包括：
分别计算所述图像纹理的方向角与所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度之间的差值，将差值最小的一个有效帧内预测模式作为所述图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
所述依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式的过程，包括：
将所述图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式对应的预设角度范围区间进行比对，将所述图像纹理的方向角所属的角度范围区间对应的有效帧内预测模式，作为所述图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
优选地，还包括：
若所述图像纹理的方向角超出所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度范围，则所述依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式的过程，包括：
优选地，所述待编码宏块应用于AVS或AVS+编码过程中，所述预设阈值为5。
优选地，所述依据所述梯度值计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角的过程为：
计算所述待编码宏块中全部亮度点的梯度值；
依据所述梯度值以及方向角关系式计算所述待编码宏块中全部亮度点的方向角；所述方向角关系式为：
θ＝arctan(yGradient/xGradient),其中，θ为方向角，xGradient为水平方向上的梯度值，yGradient为垂直方向上的梯度值；
计算所述待编码宏块中全部亮度点的方向角的均值，即为所述图像纹理的方向角。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种帧内预测模式判决装置，包括：
模式数量分析模块，用于分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定所述待编码宏块的有效帧内预测模式；
阈值判断模块，用于判断所述有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，则触发角度计算模块；所述预设阈值为大于2的正整数；
所述角度计算模块，用于计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角；
匹配模块，用于依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
快速预测模块，用于分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种帧内预测模式判决设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如以上任一项所述的帧内预测模式判决方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项所述的帧内预测模式判决方法的步骤。
本发明提供了一种帧内预测模式判决方法，首先确定当前待编码宏块有效帧内预测模式，若当前有效帧内预测模式的数量超出预设阈值(预设阈值大于2，即当前有效帧内预测模式的数量至少包括一个DC模式以及2个角度相关的模式)，即表明当前有效帧内预测模式的数量较大，若全部遍历进行预分析的话，计算量较大，因此本发明通过计算待编码宏块图像纹理的方向角，之后待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，选择角度与图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；之后遍历前述选择得到的角度相关的帧内预测模式以及DC预测模式进行预分析，将结果最优的作为最终的帧内预测模式。可见，在角度相关的有效帧内预测模式不少于2个时，为了降低预分析时的工作量，本发明通过方向角图像纹理的方向角匹配的方式，对角度相关的有效帧内预测模式进行了初步筛选，使得后续预分析过程中，需要遍历的角度相关的帧内预测模式仅为1个，减少了需要遍历的角度相关的帧内预测模式的个数，从而大大降低了预分析过程中的计算量，进而降低了帧内预测模式选择过程中的计算量，提高了帧内预测的效率。本发明还提供了一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种帧内预测模式判决方法的过程的流程图；
图2为本发明提供的另一种帧内预测模式判决方法的过程的流程图；
图3为4x4帧内预测模式及预测方向；
图4为模式0垂直预测模式示意图；
图5为模式1水平预测模式示意图；
图6为模式3左下预测模式示意图；
图7为模式4右下预测模式示意图；
图8为方向角的第一角度范围区间示意图；
图9为方向角的第二角度范围区间示意图；
图10为方向角的第三角度范围区间示意图；
图11为方向角的第四角度范围区间示意图；
图12为Roberts算子为例的X、Y的梯度计算演示图；
图13为本发明提供的一种帧内预测模式判决装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种帧内预测模式判决方法，能够减少需要遍历的角度相关的帧内预测模式的个数，从而降低预分析过程中的计算量，提高帧内预测的效率；本发明的另一核心是提供一种基于上述方法的装置、设备及计算机可读存储介质。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供了一种帧内预测模式判决方法，参见图1所示，图1为本发明提供的一种帧内预测模式判决方法的过程的流程图；该方法包括：
步骤s1：分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定待编码宏块的有效帧内预测模式；
可以理解的是，由于一帧图像图像中连续的像素点之间存在前后相关性，因此可以采用预测编码的方式进行图像预测，此时预测编码后输出的不再是原始的像素点的值，而是像素点的预测值与实际值的差。预测编码如此设计的出发点在于，由于前后存在相关性，相邻像素点存在大量相同或相近的现象，通过计算其差值，可以减少大量用于保存和传输原始像素点的值的数据体积。而预测编码包括帧间预测和帧内预测，帧内预测指的是同一帧图像内像素点间进行比较，依据其差值得到最终输出的编码。另外，帧内预测包括亮度和色度两部分，虽然亮度和色度的尺寸有区别，但其帧内预测的原理是一致的。本发明针对的是亮度的帧内预测。
由于帧内预测是利用已经编码的像素来预测之后未编码的像素，预测模式包括DC预测模式以及角度相关的预测模式，其中，角度相关的预测模式指的是：每一个像素点的预测值由该模式下对应角度方向上相邻的像素点的值预测得到。DC预测模式指的是用上方和左方相邻像素的图像纹理的方向角表示整个待预测像素的预测值。其中，一幅图像上由于像素位置的不同，其周围已经编码的像素相对于当前待预测像素的方向角度不同，因此，对于部分宏块来说，有些角度相关的预测模式无法使用，因此，本发明需要首先对预测模式进行分析，确定当前待编码宏块对应的有效帧内预测模式分别为哪几种。
步骤s2：判断有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，则进入步骤s3；预设阈值为大于2的正整数；
本发明的目的，是为了解决目前在预分析阶段确定最终帧内预测模式时，需要遍历全部帧内预测模式导致计算量大的问题，而本发明采取的方式是筛选角度相关的有效帧内预测模式，将其缩减为1种后，再进行后续遍历。因此，对于有效帧内预测模式数量仅为2，即有效帧内预测模式仅包含DC预测模式和一种角度相关的预测模式的情况下，仍进行后续筛选角度相关的有效帧内预测模式的过程则没有意义，无法实现减少计算量的目的。因此，本发明仅在有效帧内预测模式的数量大于预设阈值，预设阈值大于2，即角度相关的有效帧内预测模式不止一种的情况下，才对角度相关的有效帧内预测模式进行筛选，减少其数量，而在角度相关的有效帧内预测模式仅有1种或者没有的情况下，则采用直接遍历的方式，从而尽可能保证了对于任何宏块，其帧内预测模式判决过程的计算量均采用计算量最小的方式。
步骤s3：计算待编码宏块中图像纹理的方向角；
这里的全部亮度点的方向角的图像纹理的方向角，为待编码宏块在图像纹理方向趋势上的平均角度。
可以理解的是，角度相关的帧内预测模式在进行帧内预测时，即会依据该帧内预测模式的角度方向上的已编码像素来预测当前像素。因此，一个待编码宏块最合适的角度相关的帧内预测模式的角度，与该待编码宏块的图像纹理方向是相关的，或者说是匹配的。因此，本发明通过计算待编码宏块中亮度点的梯度值，来得出待编码宏块的图像纹理的角度信息(即方向角的图像纹理的方向角)，之后角度与与该图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式，即为预测编码方向最接近待编码宏块的图像纹理的帧内预测模式，也即为该待编码宏块最合适的角度相关的帧内预测模式。
步骤s4：依据预设匹配规则，从待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
步骤s5：分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为待编码宏块最终的帧内预测模式。
可以理解的是，DC预测模式指的是用上方和左方相邻像素的图像纹理的方向角表示整个待预测像素的预测值。由于宏块进行帧内预测时，是沿着从左到右，从上到下的方向进行的，因此，正常情况下，宏块的有效帧内预测模式肯定包含DC预测模式。因此，在从多个角度相关的帧内预测模式中筛选得到最合适的一个角度相关的帧内预测模式后，分别在该角度相关的帧内预测模式与DC预测模式下进行帧内预测的预分析，将结果最好(即失真率最低)的，作为最终的帧内预测模式。
在选定最终的帧内预测模式之后，可以直接依据该最终的帧内预测模式对待编码宏块进行帧内预测编码；或者也可以继续对下一个待编码宏块重复上述过程，直至待编码图像帧中全部宏块均确定最终的帧内预测模式后，统一对待编码图像帧中全部宏块进行帧内预测编码。具体采用哪种方式，本发明不作限定。
本发明提供了一种帧内预测模式判决方法，首先确定当前待编码宏块有效帧内预测模式，若当前有效帧内预测模式的数量超出预设阈值(预设阈值大于2，即当前有效帧内预测模式的数量至少包括一个DC模式以及2个角度相关的模式)，即表明当前有效帧内预测模式的数量较大，若全部遍历进行预分析的话，计算量较大，因此本发明通过待编码宏块中亮度点的梯度值计算得到待编码宏块中全部亮度点的方向角的图像纹理的方向角，之后待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，选择角度与图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；之后遍历前述选择得到的角度相关的帧内预测模式以及DC预测模式进行预分析，将结果最优的作为最终的帧内预测模式。可见，在角度相关的有效帧内预测模式不少于2个时，为了降低预分析时的工作量，本发明通过方向角图像纹理的方向角匹配的方式，对角度相关的有效帧内预测模式进行了初步筛选，使得后续预分析过程中，需要遍历的角度相关的帧内预测模式仅为1个，减少了需要遍历的角度相关的帧内预测模式的个数，从而大大降低了预分析过程中的计算量，进而降低了帧内预测模式选择过程中的计算量，提高了帧内预测的效率。
在一种优选实施例中，参见图2所示，图2为本发明提供的另一种帧内预测模式判决方法的过程的流程图；该方法还包括：若有效帧内预测模式的数量未超出预设阈值，则进入步骤s6；
步骤s6：分别在待编码宏块有效的各个帧内预测模式下，进行待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为待编码宏块最终的帧内预测模式。
可以理解的是，在帧内预测模式数量较少时，若仍旧额外计算方向角以及进行方向角匹配操作的话，反而会使得整体计算量较大，因此，在这种情况下，本发明采用原本的遍历有效的各个帧内预测模式的方式来进行帧内预测模式的确定。从而使得在各种情况下，帧内预测模式的确定均能够以计算尽可能小的方式来进行，从而降低了确定帧内预测模式时的整体计算量。
在一种优选实施例中，步骤s4的过程包括：
分别计算图像纹理的方向角与待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度之间的差值，将差值最小的一个有效帧内预测模式作为图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
在本实施例中，由于步骤s4的目的是为了确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式，因此可以直接将图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式进行作差，差值最小的即为最接近的帧内预测模式。
在一种优选实施例中，步骤s4的过程包括：
将图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式对应的预设角度范围区间进行比对，将图像纹理的方向角所属的角度范围区间对应的有效帧内预测模式，作为图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
可以理解的是，由于角度相关的各个帧内预测模式对应的角度是固定的，因此在本实施例中，预先划分了每个角度相关的帧内预测模式对应的预设角度范围区间，该预设角度范围区间指的是与其对应的帧内预测模式匹配的图像纹理的方向角范围。举例来说，在相同的坐标轴下，假设模式1对应的是0°，则模式1对应的预设角度范围区间为-22.5°～22.5°，即属于该范围内图像纹理的方向角，均匹配模式1。需要注意的是，由于当处于预设角度范围区间的边界线上时，表明图像纹理的方向角和该边界线对应的两个帧内预测模式匹配程度相同，这种情况下，可以选择任一种作为图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式；或者，也可以将这两个都作为图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。具体如何选择，本发明对此不作限定。本实施例这种设置方式，只需要查看图像纹理的方向角所属的角度范围区间即可，不需要计算图像纹理的方向角与各个帧内预测模式对应的角度之间的差值，减小了图像纹理的方向角匹配过程的计算量，提高了帧内预测模式判决的效率。
需要注意的是，为了保证角度作差的正确性，本发明得到的图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式的角度值，需要是基于同一个坐标轴的绝对角度值，这样之后计算得到的角度差值才能够正确反映图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式之间的匹配程度。
作为优选地，这里的坐标轴可以是横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为竖直方向的坐标轴，0°为横坐标轴的正半轴。另外，若本发明中的待编码宏块应用于AVS或AVS+编码过程中的话，由于AVS或AVS+编码仅包含5种预测模式(DC+4种角度相关的预测模式)，如图3～图7和表1所示，其中，8x8亮度块的上方和左方像素c和r为已编码和重构像素，用作编解码器中的预测参考像素。空格中未标数字的为待预测像素，利用r行和c列的像素值和对应的帧内预测模式实现。这4种角度相关的预测模式的角度范围跨度为180°，因此，此时，可以以模式3为基准，将所有的帧内预测模式的角度归一化；即将模式3的角度位置视为0°，其余角度按照逆时针方向旋转增加，归一化后的结果如表2所示。之后，按照正常的坐标轴角度(即横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为竖直方向的坐标轴，0°为横坐标轴的正半轴)计算得到图像纹理的方向角后，再将图像纹理的方向角转换为以模式3为基准的坐标轴内的角度值，之后依据转换后的角度与各个角度相关的有效帧内预测模式的角度进行比对。当然，以上仅为几种具体实现方式，本发明不限定坐标轴的设置方式。
表1 AVS、AVS+的帧内预测模式的方向描述
模式 描述
模式0(垂直) 垂直方向
模式1(水平) 水平方向
模式2(DC) ————
模式3(下左对角线) 垂直偏左45度
模式4(下右对角线) 垂直偏右45度
表2 AVS、AVS+的角度信息归一化
帧内模式 原角度信息 归一化后的角度信息
3 垂直偏左45度 0度
0 垂直 45度
4 垂直偏右45度 90度
1 水平方向 135度
作为优选地，步骤s4中，还包括：
若图像纹理的方向角超出待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度范围，则进入步骤s6。
可以理解的是，当待编码宏块应用于AVS或AVS+编码过程中时，由于AVS或AVS+编码包含的角度相关的预测模式对应的角度范围为180°，而不是360°。这种情况下，假设模式1为0°的话，则AVS或AVS+编码中帧内预测模式对应的角度范围仅为-125°～45°，而除此之外的角度则超出了该角度范围，这种情况下，若图像纹理的方向角超出该角度范围，则按照角度匹配的方式无法确定图像纹理的方向角匹配的有效帧内模式，因此，需要进入步骤s6，采用全遍历的方式进行预测。这种方式，能够避免图像纹理的方向角超出帧内预测模式的角度范围时，为其错误匹配帧内预测模式的情况，从而提高帧内预测模式判决的准确性。
作为优选地，待编码宏块应用于AVS或AVS+编码过程中，预设阈值为5。
可以理解的是，在AVS或AVS+编码过程，仅包含5种帧内预测模式，因此，本实施例在待编码宏块对应的有效帧内预测模式为5时，即角度相关的帧内预测模式为4种时，进行帧内预测模式筛选。需要注意的是，由于本发明进行图像纹理的方向角计算也需要一定的计算量，因此，在预设阈值设置较小时，本发明的优点并不明显，但是当预设阈值设置较大时，如设置为5时，本发明能够将遍历4种角度相关的帧内预测模式的过程，简化为仅遍历1种角度相关的帧内预测模式，从而大大简化帧内预测模式判决的过程。当然，本发明并不限定预设阈值的具体设置数值。
其中，待编码宏块为8x8的宏块。
可以理解的是，由于宏块划分过小的话，使得一个待编码帧内的宏块数量会很多，导致整个待编码帧在进行帧内预测时，计算量较大；而宏块划分过大的话，可能会使得一个宏块内包含的图像含有不同的纹理，即原本需要由不同的帧内预测模式进行预测的部分，由于宏块划分过大而帧内预测的单位为宏块，因此导致选择的帧内预测模式并不能很好地适用于一个宏块的不同部分，导致影响帧内预测结果。而8x8的宏块相比4x4或者16x16的宏块来说，大小划分较为合适，不会过大或过小，因此，能够尽可能避免上述问题。当然，也可以为4x4或者16x16的宏块，本发明对此不作限定。
其中，依据所述梯度值计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角的过程为：
计算待编码宏块中全部亮度点的梯度值；
依据梯度值以及方向角关系式计算待编码宏块中全部亮度点的方向角；所述方向角关系式为：
θ＝arctan(yGradient/xGradient),其中，θ为方向角，xGradient为水平方向上的梯度值，yGradient为垂直方向上的梯度值；
计算所述待编码宏块中全部亮度点的方向角的均值，即为所述图像纹理的方向角。
可以理解的是，图像函数f(x,y)在点(x,y)的梯度是一个具有大小和方向的矢量，设为Gx和Gy，依次表示x方向和y方向的梯度。梯度的方向是函数f(x,y)变化最快的方向，当图像存在边缘时，一定有较大的梯度值，相反，当图像中有比较平滑的部分时，灰度值变化较小，则相应的梯度也较小。梯度的矢量可以表示为：
该矢量的幅度为：
方向角为：
具体应用在本发明中，即对于一幅二维的数字图像f(x,y)而言，需要完成X、Y两个方向上求偏微分，如下的公式：
对于离散的图像来说，一阶微分的数学表达相当于两个相邻像素的差值，根据选择的梯度算子不同，效果可能有所不同，但是基本原理不会变化。最常见的算子为Roberts算子，其它常见还有Sobel，Prewitt等算子。以Roberts算子为例的X、Y的梯度计算演示如图12所示，点(x,y)的梯度相当于对二维离散函数求梯度，过程如下：
Gx＝f(x,y)-f(x-1,y)
Gy＝f(x,y)-f(x,y-1)
而依据前述公式，可得到本发明中的方向角关系式：
θ＝arctan(yGradient/xGradient),
进一步的，依据该公式，可以得出在以下角度区间分类：
xGradient≥0，yGradient≥0时，如图8所示；
xGradient>0，yGradient<0时，如图9所示；
xGradient<0，yGradient≥0时，如图10所示；
xGradient<0，yGradient<0时，如图11所示。
本发明还提供了一种帧内预测模式判决装置，参见图13所示，图13为本发明提供的一种帧内预测模式判决装置的结构示意图。该装置包括：
模式数量分析模块1，用于分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定待编码宏块的有效帧内预测模式；
阈值判断模块2，用于判断有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，则触发角度计算模块3；预设阈值为大于2的正整数；
角度计算模块3，用于计算待编码宏块中图像纹理的方向角；
匹配模块4，用于依据预设匹配规则，从待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
快速预测模块5，用于分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为待编码宏块最终的帧内预测模式。
作为优选地，阈值判断模块2在判断有效帧内预测模式的数量未超出预设阈值时，则触发遍历预测模块6；
遍历预测模块6，用于分别在待编码宏块有效的各个帧内预测模式下，进行待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为待编码宏块最终的帧内预测模式。
以上模块可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明还提供了一种帧内预测模式判决设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如以上任一项的帧内预测模式判决方法的步骤。
其中，存储器至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器在一些实施例中可以是帧内预测模式判决设备的内部存储单元，例如该帧内预测模式判决设备的硬盘。存储器在另一些实施例中也可以是设备的外部存储设备，例如帧内预测模式判决设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括帧内预测模式判决设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器不仅可以用于存储安装于帧内预测模式判决设备的应用软件及各类数据，例如帧内预测模式判决程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器中存储的程序代码或处理数据，例如执行帧内预测模式判决程序等。
该总线用于连接处理器和存储器，总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponent interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industrystandard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
进一步地，帧内预测模式判决设备还可以包括网络接口，用于接收输入的待压缩视频以及输出压缩完成后的视频数据等。这里的网络接口可选的可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该设备与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该设备还可以包括用户接口，用户接口可以包括显示器(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在帧内预测模式判决设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
在本实施例中，帧内预测模式判决设备可以是PC(Personal Computer，个人电脑)，也可以是智能手机、平板电脑、掌上电脑、便携计算机等终端设备。优选地，设备为组成内容分发网络CDN网络或者区块链网络的节点。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项的帧内预测模式判决方法的步骤。
本发明前述提供的帧内预测模式判决装置中的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明还提供了一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行上述以上任一项所述的帧内预测模式判决方法。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。

Claims (10)

1.一种帧内预测模式判决方法，其特征在于，包括：
分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定所述待编码宏块的有效帧内预测模式；
判断所述有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角；所述预设阈值为大于2的正整数；
依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述有效帧内预测模式的数量未超出预设阈值，则分别在所述待编码宏块有效的各个帧内预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式的过程，包括：
分别计算所述图像纹理的方向角与所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度之间的差值，将差值最小的一个有效帧内预测模式作为所述图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式的过程，包括：
将所述图像纹理的方向角与各个角度相关的有效帧内预测模式对应的预设角度范围区间进行比对，将所述图像纹理的方向角所属的角度范围区间对应的有效帧内预测模式，作为所述图像纹理的方向角匹配的帧内预测模式。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述图像纹理的方向角超出所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式的角度范围，则分别在所述待编码宏块有效的各个帧内预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待编码宏块应用于AVS或AVS+编码过程中，所述预设阈值为5。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述依据所述梯度值计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角的过程为：
计算所述待编码宏块中全部亮度点的梯度值；
依据所述梯度值以及方向角关系式计算所述待编码宏块中全部亮度点的方向角；所述方向角关系式为：
θ＝arctan(yGradient/xGradient),其中，θ为方向角，xGradient为水平方向上的梯度值，yGradient为垂直方向上的梯度值；
计算所述待编码宏块中全部亮度点的方向角的均值，即为所述图像纹理的方向角。
8.一种帧内预测模式判决装置，其特征在于，包括：
模式数量分析模块，用于分析当前待编码宏块的相邻宏块的有效性，确定所述待编码宏块的有效帧内预测模式；
阈值判断模块，用于判断所述有效帧内预测模式的数量是否超出预设阈值，若超出，则触发角度计算模块；所述预设阈值为大于2的正整数；
所述角度计算模块，用于计算所述待编码宏块中图像纹理的方向角；
匹配模块，用于依据预设匹配规则，从所述待编码宏块的各个角度相关的有效帧内预测模式中，确定角度与所述图像纹理的方向角最接近的帧内预测模式；
快速预测模块，用于分别在前述确定的帧内预测模式和DC预测模式下，进行所述待编码宏块的帧内预测，选择帧内预测结果最好的预测模式作为所述待编码宏块最终的帧内预测模式。
9.一种帧内预测模式判决设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的帧内预测模式判决方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的帧内预测模式判决方法的步骤。
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