CN110741642A - 使用拟合平面和多个基准参考样本，以及多个次级参考样本进行定向帧内预测的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(100)，用于根据来自所述当前视频编码块的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本对视频信号的一帧的当前视频编码块进行帧内预测的，所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联。所述装置(100)包括处理单元(101)，用于：基于所述多个基准参考样本确定拟合面，其中，所述拟合面定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联；基于所述多个基准参考样本和所述多个拟合样本，为选择的定向帧内预测模式生成多个次级参考样本，其中，所述多个次级参考样本位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块的第二集合中；以及基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值预测所述当前视频编码块的所述多个样本的样本值。

Description

使用拟合平面和多个基准参考样本，以及多个次级参考样本 进行定向帧内预测的装置和方法
技术领域
本发明涉及视频编码领域。具体而言，本发明涉及用于视频编码块帧内预测的装置和方法，以及包括这种帧内预测装置的编码装置和解码装置。
背景技术
数字视频通信和存储应用由各种各样的数字设备来实现，例如数码相机、蜂窝无线电话、笔记本电脑、广播***、视频会议***等。视频压缩是这些应用中最重要也是最具挑战性的任务之一。视频压缩的任务很复杂，并受到两个相互矛盾的参数的约束：压缩效率和计算复杂度。ITU-T H.264/AVC或ITU-T H.265/HEVC等视频编码标准提供了一个良好的参数折衷。因此，支持视频编码标准几乎是对任何视频压缩应用的强制性要求。
现有技术的视频编码标准基于将源图像分割为视频编码块。这些块的处理取决于它们的尺寸、空间位置和编码器指定的编码模式。根据预测类型，可将编码模式分为两组：帧内预测模式和帧间预测模式。帧内预测模式使用相同图片(也称为帧或图像)的像素来生成参考样本，以计算正在重构的所述块的像素的预测值。帧内预测也称为空间预测。帧间预测模式旨在用于时间预测，并使用前一个或后一个图片的参考样本来预测当前图片的块的像素。在预测阶段之后，对原始信号与预测信号之间的差值，即预测误差进行变换编码。然后，使用熵编码器(例如，用于AVC/H.264和HEVC/H.265的CABAC)对变换系数和辅助信息进行编码。最近通过的ITU-T H.265/HEVC标准(ISO/IEC 23008-2：2013，“信息技术——异构环境中的高效编码和媒体传送——第二部分：高效率视频编码”，2013年11月)中发布了一套现有技术的视频编码工具，合理地权衡了编码效率和计算复杂度。在《IEEE视频技术电路与***汇刊》，2012年12月第22卷第12期中，加里·J·沙利文的“高效视频编码(HEVC)标准概述”给出了ITU-T H.265/HEVC标准概述，其全部内容通过引用并入本文。
与ITU-T H.264/AVC视频编码标准类似，HEVC/H.265视频编码标准将源图片划分成块，例如编码单元(coding unit，简称CU)。可以进一步地将每个CU分成更小的CU或预测单元(predicting unit，简称PU)。PU可以根据应用于PU的像素的处理类型进行帧内预测或帧间预测。在帧间预测的情况下，PU表示一块像素面积，该像素面积通过运动补偿利用为PU指定的运动矢量来进行处理。对于帧内预测，将相邻块的相邻像素用作参考样本来预测当前块。PU指定从该PU中包含的所有变换单元(transform unit，简称TU)的帧内预测模式组中选择预测模式。TU可以有不同的大小(例如，4×4、8×8、16×16和32×32像素)，并且可以采用不同的方式进行处理。对TU进行变换编码，即对预测误差进行离散余弦变换或离散正弦变换(HEVC/H.265标准下，将其应用于帧内编码块)和量化。因此，重构的像素包含量化噪声(其可能会因为，例如，单元之间的块效应、环状伪影以及尖锐边缘等而变得明显)，环路滤波器如去块效应滤波器(Deblocking Filter，简称DBF)、样本自适应偏移(SampleAdaptive Offset，简称SAO)和自适应环路滤波器(Adaptive Loop Filter，简称ALF))等试图抑制这种噪声。使用复杂的预测编码(例如，运动补偿和帧内预测)和分割技术(例如，HEVC/H.265标准中用于CU和PU的四叉树及用于TU的剩余四叉树以及从版本JEM-3.0开始的用于JEM参考软件的四叉树加二叉树)使标准化委员会能够显著减少PU中的冗余。四叉树(简称QT)和四叉树加二叉树(简称QTBT)分割机制之间的根本区别在于：后者通过基于四叉树和二叉树的划分，不仅可以实现正方形块，而且可以实现矩形块。
在H.264/AVC标准中，四种帧内预测模式可用于16x16块的亮度颜色分量。其中一种模式是基于平面的，并且能够预测块内的源信号梯度。用于使用所述基于平面的模式计算待预测像素的公式如下所示：
ppred[x，y]＝clip 3(0，2n-1，(a+b(x-7)+c(y-7)+16)＞＞5)，
其中，a、b和c为平面(多元回归)参数。值得注意的是，在上面的方程中使用了clip3函数
Figure BDA0002301002660000021
在clip3函数中，pmin和pmax分别为给定的位深度(例如pmin＝0和pmax＝255为8位深度)可能的像素的最小值和最大值，
Figure BDA0002301002660000022
和ppred[x，y]分别为[x，y]位置前和位置后的预测值。
HEVC/H.265标准提供了35种帧内预测模式，包括平面模式(帧内预测模式索引为0)、DC模式(帧内预测模式索引为1)和33种定向模式(帧内预测模式索引为2到34)。从JEM-1.0软件开始，通过将定向帧内预测模式之间的步进角度降低2倍，定向帧内预测模式的集合扩展至65个模式(几乎加倍)。从上面列出的模式可以看出，HEVC/H.265和JEM软件都不采用平面模式。实际上，该模式被所述平面模式所代替，该平面模式并不总是导致基于平面的预测器。
正如F.加尔平等人在“JEM3.0中的EE7自适应剪辑”，即2016年中国第四届JVET会议上的发表的文献JVET-D0033中所讨论的，自适应剪辑机制最初在F.加尔平等人的“JEM2.0中的自适应剪辑”，即2016年瑞士第三届JVET会议上的发表的文献JVET-C0040中提出，用于限制从JEM-4.0软件开始的块(例如，在预测器中)中的像素值。该技术使用在编码器侧确定并在比特流中，即在条带头部中显式信令的裁剪界限。剪辑界限被定义为每个颜色分量的编码图片的实际最小pmin(C)和最大pmax(C)样本值。从数学上讲，自适应剪辑运算可以表示如下：
Figure BDA0002301002660000023
其中，C为选定的颜色分量的索引。该机制与clip 3()函数类似，直接应用于像素值，例如，在预测器内。
块的预测可包括以下步骤，生成位于所述块侧的尚未重建且待预测的次级参考样本，也就是未知像素。这些次级参考样本的值从所述图像的先前重建部分的所述像素，即已知像素中获得的所述基准参考样本中导出。显然，在图像中首先解码的所述块无法使用之前重建的像素进行预测。当所述待预测块的一侧超出所述图像边界时，也会发生相同的情况。在这种情况下，使用预定义的规则集合生成基准参考样本。在H.265/HEVC标准的情况下，它们被赋值为一个像素可能的最大值的一半，该像素由所述对应的图像颜色平面的位深度确定。可以使用不同的方法生成次级参考样本来预测块。由于所述次级参考样本的值取决于所述基准参考样本，当计算对像素值的预测时，可以隐式地执行计算所述次级参考样本的值的步骤。H.265/HEVC标准的平面帧内预测模式是这种方法的示例。
然而，现有技术的方法有一个主要问题：所述定向帧内预测并不总是补偿待预测块内强度的渐变。在源图像中观察到的强度的逐渐变化在本质上可能有所不同。常见的情况是纹理区域或边缘区域亮度不均匀。在这种情况下，这些区域具有至少两个分量的覆盖：方向分量和梯度分量。然而，所述现有技术的帧内预测模式分为定向模式和非定向模式，都无法成功处理这两个分量的组合。
综上所述，需要改进视频编码的设备和方法，从而提高帧内预测的所述编码效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于视频编码的改良的设备和方法，以增加帧内预测的编码效率。
上述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
一般而言，本发明涉及混合视频编码(尤其是帧内预测)，并介绍了一种为帧内预测块生成次级参考样本的新方法。该方法可与不同的填充待预测块的机制(例如，所述平面模式中使用的机制)结合，以提高传统的帧内预测模式(例如，平面模式、基于平面模式、DC模式和定向模式)的编码效率。
更具体地，本发明通过使用以下两种预测信号的组合生成次级参考样本来改进帧内预测：梯度预测信号和定向预测信号。所述梯度预测信号由基于多元线性回归(MLR)的参考样本建模来构建。基于MLR的模型的参数用于计算基准参考样本位置处的梯度信号值。通过将所述参考样本和梯度信号之间的偏移值(也称为差值)投影到所述基准参考样本的位置，并根据给定的帧内预测模式的方向将这些差值投影到所述次级参考样本的位置，以计算定向预测信号。
该建模的使用提出了预测包括以下特征的信号值的可能性：首先，纹理或边缘传播方向可以与梯度方向不同。第二，所得预测值可能超出参考样本的范围。因此，本发明实施例特别提供以下优点：由于误差信号的预测包含较低的能量，因此可以提高自然图片的压缩效率。此外，本发明的实施例可以在使用传统的帧内预测机制的编解码器中轻松实现。
下文采用多个术语，在各实施例中，这些术语具有以下含义：条带——独立编码/解码的图像在空间上的显著区域。条带头——用于发送与特定条带关联的信息的数据结构。视频编码块(或短块)——像素或样本(每个像素/样本与至少一个像素/样本值相关联)的MxN(M列×N行)阵列，或变换系数的MxN阵列。编码树单元(Coding Tree Unit，简称CTU)网格——一种用于将像素块划分为宏块以便进行视频编码的网格结构。编码单元(CodingUnit，简称CU)——亮度样本的编码块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的编码块，或者黑白图片的样本的编码块或通过三个单独的色彩平面和用于对所述样本进行编码的语法进行编码的图片的样本的编码块。图像参数集(Picture Parameter Set，简称PPS)——包含语法元素的语法结构，所述语法元素应用于零个或多个全编码图片，所述编码图片由每个片段头中发现的语法元素确定。序列参数集(Sequence Parameter Set，简称SPS)——包含语法元素的语法结构，所述语法元素应用于零个或多个全编码视频序列，所述编码视频序列由所述PPS中发现的语法元素的内容确定，所述PPS中发现的语法元素由每个片段头中发现的语法元素所引用。视频参数集(Video Parameter Set，简称VPS)——包含应用于零个或多个全编码视频序列的语法元素的语法结构。预测单元(PredictionUnit，简称PU)——亮度样本的预测块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的预测块，或者黑白图片的样本的预测块或通过三个单独的色彩平面和用于预测所述预测块样本的语法进行编码的图片的样本的预测块。变换单元(Transform Unit，简称TU)——亮度样本的变换块，具有三个样本阵列的图片的两个对应的色度样本的变换块，或者黑白图片的样本的变换块或通过三个单独的色彩平面和用于预测所述变换块样本的语法进行编码的图片的样本的变换块。辅助增强信息(supplemental enhancement information，简称SEI)——可以***额外信息至视频比特流，以增强所述视频的使用。亮度——指示图像样本亮度的信息。色度——指示图像样本颜色的信息，可以用红色差色度分量(Cr)和蓝色差色度分量(Cb)来描述。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种装置，所述装置基于来自当前视频编码块的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本，对视频信号的一帧的所述当前视频编码块进行帧内预测，其中，所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与所述帧中的样本值和位置相关联。所述装置包括处理单元，用于：基于所述多个基准参考样本确定拟合平面，其中，所述拟合平面定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联；基于所述多个基准参考样本和所述多个拟合样本，为已选的定向帧内预测模式生成多个次级参考样本，其中，所述多个次级参考样本位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块的第二集合中；以及基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值预测所述当前视频编码块的所述多个样本的样本值。
因此，提供了一种用于视频编码的改进装置，可以提高帧内预测的编码效率。
在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述处理单元用于通过在所述多个基准参考样本的基础上确定拟合平面参数a、b和c，以基于所述多个基准参考样本来确定所述拟合平面，所述多个拟合样本值
Figure BDA0002301002660000041
由下列方程式定义：
Figure BDA0002301002660000042
其中，x，y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元用于执行多元线性回归，尤其是最小二乘法，用于基于所述多个基准参考样本确定所述拟合平面参数。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元还用于剪辑所述各个拟合面参数a，b和/或c，以防所述各个拟合面参数a，b和/或c位于各个平参数预定义的允许范围之外。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，基于所述多个基准参考样本和所述多个拟合样本，为所述已选的定向帧内预测模式生成所述多个次级参考样本，所述处理单元用于：为每个基准参考样本确定所述基准参考样本值与对应的拟合样本值之间各自的主偏移量值或偏差值；基于所述多个主偏移量值的至少一个子集和所述已选的定向帧内预测模式，预测每个次级参考样本位置上各自的二次传播偏移量值；以及基于所述各自的二次传播偏移量值和所述各自的拟合样本的拟合样本值，生成各自的次级参考样本值。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元，用于通过将所述各自的二次传播偏移量值与所述各自的拟合样本的拟合样本值相加，基于所述各自的二次传播偏移量值和所述各自的拟合样本的拟合样本值，生成所述各自的次级参考样本值。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元用于基于所述多个主偏移量值的至少一个子集，预测所述每个次级样本位置的所述各自的二次传播偏移量值，以及基于HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准中定义的帧内预测模式，预测所述已选的定向帧内预测模式。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元用于，基于使用平面帧内预测模式的所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值，确定所述当前视频编码块的所述多个样本的所述样本值。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元用于，基于各自的基准参考样本值和各自的次级参考样本值的加权和，预测所述当前视频编码块的所述多个样本中各自的样本的各自的样本值。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，在各个基准参考样本值和各个次级参考样本值的所述加权和中，所述处理单元用于将所述各个基准参考样本值和所述各个次级样本参考值的权值作为所述各个基准参考样本和所述各个样本之间的距离的函数，以及所述各个次级参考样本和所述各个样本之间的距离的函数。
在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述当前视频编码块的第一组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块左侧的视频编码块，所述当前视频编码块的第二组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块下方的视频编码块和/或所述当前视频编码块右侧的视频编码块。
根据第二方面，本发明涉及一种编码装置，用于对视频信号的一帧的当前视频编码块进行编码，所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述编码装置包括：第一方面提供的帧内预测装置，用于提供预测后的视频编码块；编码单元，用于基于所述预测后的视频编码块对所述当前视频编码块进行编码。
因此，提供了一种用于视频编码的改进装置，可以提高帧内预测的编码效率。
根据第三方面，本发明涉及一种解码装置，用于对视频信号的一帧的已编码的视频编码块进行解码，其特征在于，所述已编码的视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述解码装置包括：第一方面提供的帧内预测装置，用于提供预测视频编码块；恢复单元，用于基于编码后的视频编码块和预测后的视频编码块恢复视频编码块。
因此，提供了一种用于视频解码的改进装置，可以提高帧内预测的解码效率。
根据第四方面，本发明涉及一种方法，用于根据来自所述当前视频编码块的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本，对视频信号的一帧的当前视频编码块进行帧内预测，其中，所述当前视频编码块包括多个样本，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联。所述方法包括：基于所述多个基准参考样本确定拟合面，其中，所述拟合面定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联；基于所述多个基准参考样本和所述多个拟合样本，为已选的定向帧内预测模式生成多个次级参考样本，其中，所述多个次级参考样本位于所述当前视频编码块的相邻视频编码块的第二集合中；以及基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值预测所述当前视频编码块的所述多个样本的所述样本值。
因此，提供了一种用于视频编码的改良的方法，可以提高帧内预测的编码效率。
可以通过本发明第一方面的所述帧内预测装置来执行本发明第四方面的所述帧内预测方法。本发明第四方面的所述帧内预测方法的其它特征直接源于本发明第一方面的所述帧内预测装置的功能及其不同实现方式。
根据第五方面，本发明涉及一种计算机程序，包括：程序代码，用于在计算机上运行时执行第四方面的所述方法。
本发明可以在硬件和/或软件上实现。
附图说明
本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：
图1是一实施例提供的帧内预测装置的示意图；
图2是一实施例提供的编码装置和一实施例提供的解码装置的示意图；
图3是一实施例提供的帧内预测方法的示意图；
图4A是一实施例提供的帧内预测装置预测的视频编码块的示意图；
图4B是一实施例提供的帧内预测装置确定的拟合平面的示意图；
图5是一实施例提供的帧内预测装置确定偏移量值的示意图；
图6是一实施例提供的帧内预测装置的不同方面的视频编码块的示意图；
图7是一实施例提供的帧内预测装置的不同方面的视频编码块的示意图。
在各附图中，相同的或至少功能等同的特征使用相同的标号。
具体实施方式
以下结合附图进行描述，所述附图是描述的一部分，并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面，并可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细的描述并不当作限定，本发明的范围由所附权利要求书界定。
例如，可以理解的是，与所描述的方法有关的内容对于与用于执行所述方法对应的设备或***也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应理解，除非另外具体指出，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可彼此组合。
图1是一实施例提供的帧内预测装置100的示意图。
进一步参考图4A，所述帧内预测装置100用于基于来自所述当前视频编码块401的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本403，对视频信号的一帧的当前视频编码块401进行帧内预测，其中，所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联。
如图1所示，所述帧内预测装置100包括处理单元101，用于基于所述多个基准参考样本403确定拟合平面501(如图4B所示)，其中，所述拟合平面501定义了多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联。所述处理单元101还用于基于所述多个基准参考样本403和所述多个拟合样本，生成多个次级参考样本601(如图6所示)，其中，所述多个次级参考样本601位于所述当前视频编码块401的第二组相邻视频编码块中。最后，所述处理单元101用于基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值，预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405的样本值。
由图4A、图6和图7可见，在一实施例中，所述当前视频编码块401的第一组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块401上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块401左侧的视频编码块，所述当前视频编码块401的第二组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块401下方的视频编码块和/或所述当前视频编码块401右侧的视频编码块。
下面将进一步描述帧内预测装置100的其它实施例。
图2是一实施例提供的编码装置201和一实施例提供的解码装置211的示意图。
所述编码装置201用于对视频信号的一帧的当前视频编码块401进行编码，其中，所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与样本值相关联。所述编码装置201包括图1所示的所述帧内预测装置100，用于提供预测后的视频编码块；还包括编码单元203，用于基于所述预测的视频后的编码块对所述当前视频编码块401进行编码，并以比特流等形式提供所述已编码的当前视频编码块。下面将进一步描述所述编码装置201的其它实施例。在一实施例中，所述编码装置201可以实现为HEVC等标准中所定义的混合编码器，并可以包括其它组件，例如熵编码器。
所述解码装置211用于对视频信号的一帧的所述已编码的视频编码块进行解码，所述视频信号包含在由所述编码装置201提供的比特流中，其中，所述已编码的视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联。所述解码装置211包括图1中所示的所述帧内预测装置100，用于提供预测后的视频编码块，还包括恢复单元213，用于基于所述已编码的视频编码块和所述预测后的视频编码块恢复视频编码块。下面将进一步描述所述解码装置211的其它实施例。在一实施例中，所述解码装置211可以实现为HEVC等标准中所定义的混合解码器，并且可以包括其它组件，例如用于基于所述已编码的视频编码块提供残差视频编码块的解码单元。
图3是一实施例提供的方法300的示意图，该方法基于来自所述当前视频编码块401的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本403，对视频信号的一帧的当前视频编码块401进行帧内预测，其中，所述当前视频编码块401包括多个样本405，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联。
所述帧内预测方法300包含步骤301：基于所述多个基准参考样本403确定拟合平面501，其中，所述拟合平面501定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联。
此外，所述帧内预测方法300包括步骤303：基于所述多个基准参考样本403和所述多个拟合样本，为已选的定向帧内预测模式，生成多个次级参考样本601，其中，所述多个次级参考样本601位于所述当前视频编码块401的第二组相邻视频编码块中。
最后，所述帧内预测方法300包括步骤305：基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405的所述样本值。下面将进一步描述所述帧内预测方法300的其它实施例。
根据本发明的一实施例，所述帧内预测方法300可以由上述图1中提到的所述帧内预测装置100的所述处理单元101执行。下面将进一步讨论所述帧内预测装置100中所述方法300的具体实施。
图4A是示例性当前视频编码块401的示意图，其示出了一实施例提供的所述帧内预测装置100和所述帧内预测方法300的一方面，尤其是基准参考样本(也称为像素)403与帧内预测样本或像素之间的关系，其中，所述当前处理后的视频编码块401的像素，即当前处理的像素/样本，通过较深的灰色阴影来标识，所述基准参考/样本403通过带圆点的正方形来标识。
图4B是所述处理单元101使用基于MLR模型预测的拟合平面501的示意图，其中，如图4A所示的基准参考样本403用于估算构建所述拟合平面501的基于MLR模型的回归参数。作为比较，HEVC/H.265标准中DC模式预测的拟合面也如图4B所示。因此，所述处理单元101用于估算多元线性回归(MLR)的参数，并将平面501安装到所述基准参考样本403(步骤1)中。
更具体地，在一实施例中，所述处理器101用于通过在所述多个基准参考样本403的基础上确定拟合面参数a，b和c，以基于所述多个基准参考样本403来确定所述拟合平面501，所述多个拟合样本值由下列方程式定义：
Figure BDA0002301002660000072
其中，x，y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
在步骤1中，可以对所述多元线性回归(MLR)使用不同的方法。例如，在一实施例中，所述处理单元101用于执行多元线性回归，尤其是最小二乘法，用于基于所述多个基准参考样本403确定所述拟合平面参数。这种众所周知适用的最小二乘法提供了回归参数值，该回归参数值使得用于估算回归参数(即，基准参考样本403)的数据与使用上述公式在与基准参考样本403对应的位置处计算的值之间的误差平方和最小化。实际上，该步骤可以类似于H.264/AVC标准中采用的基于平面的模式。
在步骤2中，因为不能保证步骤1中估算的所述参数落在实际范围内，所述处理单元101可以选择性地剪辑所述平面(回归)参数。因此，可以发现在步骤2中执行剪辑是可行的。此外，可以应用预定义的阈值，使得参数a，b和c不会超过相应的预定义的阈值。
因此，在一实施例中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101还用于剪辑所述各个拟合平面参数a，b和/或c，以防所述各个拟合平面参数a，b和/或c位于各个拟合平面参数预定义的允许范围之外。
在步骤3和步骤4中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于使用已剪辑的平面参数(步骤2的结果)分别计算所述次级参考样本601
Figure BDA0002301002660000081
和基准参考样本403的位置处的梯度信号值。
在步骤5中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于将上一步骤的结果，即所述基准参考样本403的所述梯度信号值从所述基准参考样本403的实际值中减去，如图5所示。因此，图5是一实施例的示意图，其中，为了基于所述多个基准参考样本403和所述多个已选的定向帧内预测模式的拟合样本生成所述多个次级参考样本601，所述处理单元101用于为每个基准参考样本确定所述基准参考样本值和所述对应的拟合样本值之间各自的主偏移量值，其中，所述主偏移量值，所述基准参考样本值和所述对应的拟合样本值分别由图5中的具有斜纹、圆点和垂直条纹的正方形表示。
所述基准参考样本值与所述对应的拟合样本值之间的所述偏移量值(也称为差值)可以由以下公式明确表示为：
Figure BDA0002301002660000083
其中，pprs和
Figure BDA0002301002660000084
表示实际的和生成的基准参考样本值。
在进一步的步骤中，所述处理单元101，用于基于所述多个主偏移量值中的至少一个子集和所述已选择的帧内预测模式，预测每个次级参考样本位置上各自的次级偏移量值，并基于所述各自的次级偏移量值和所述各自的拟合样本的拟合样本值生成各自的次级参考样本值，上述在步骤6和步骤7中实现并结合下面的图6进行解释，图6示出了本发明实施例提供的基准参考/样本403、次级参考像素/样本601和帧内预测像素/样本之间的关系。
在图6中，像素的灰色正方形表示示例性当前处理后的视频编码块401。对于图6所示的示例性当前视频编码块401，所述基准参考或样本403为所述当前视频编码块401上方像素行中的像素以及所述当前视频编码块401左侧像素列中的像素。因此，在图6所示的实施例中，所述基准参考像素403属于相邻视频编码块，所述相邻视频编码块已经进行帧内预测，即由所述帧内预测装置100处理。此外，所述次级参考像素601 psrs为所述当前视频编码块401下方的像素行中的像素和所述当前视频编码块401右侧的像素列中的像素。
图6举例说明了该实例，所述帧内预测装置100基于已选的帧内预测模式将所述实际403与生成的基准参考样本之间的差值，即偏移量值，传播到次级参考样本601的位置，所述次级参考样本601在图6中由具有锯齿形线条的正方形标识。在一实施例中，所述传播可以通过使用子像素插值机制的定向帧内预测执行，其中，所述传播方向由为所述待预测块定义的所述帧内预测模式定义。
图6进一步举例说明了该实例，其中，在步骤7中，所述帧内预测装置100的所述处理单元100用于通过将所述各个次级偏移量值与所述各个拟合样本的拟合样本值相加，基于所述各个次级偏移量值和所述各个拟合样本的拟合样本值生成所述各个次级参考样本值。
此外，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于基于所述多个主偏移量值的至少一个子集来预测每个次级参考样本位置的所述各个二次传播偏移值，以及基于所述HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准中定义的帧内预测模式，预测所述已选的定向帧内预测模式。
最后，在步骤8中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于预测所述当前处理的视频编码块401的所述样本的所述样本值，即所述当前处理的样本。
图7示出了示例性当前视频编码块401，其示出了一实施例提供的所述帧内预测装置100和所述帧内预测方法300的一方面，尤其是基准参考像素403、次级参考像素601和帧内预测像素之间的关系，其中像素的所述灰色正方形表示所述示例性当前视频编码块401，具有圆点和锯齿形线条的正方形分别表示基准参考样本403和次级参考样本601。
在一实施例中，所述帧内预测装置100的所述处理单元101用于基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值，使用平面帧内预测模式预测所述当前视频编码块401的多个所述样本405的所述样本值。
在一实施例中，所述处理单元101用于基于各个基准参考样本值和各个次级参考样本值的加权和，预测所述当前视频编码块401的所述多个样本405中各个样本的各个样本值。
进一步地，在各个基准参考样本值和各个次级参考样本值的加权和中，所述处理单元101用于将所述各个基准参考样本值和所述各个次级样本参考值的权值作为所述各个基准参考样本和所述各个样本之间的距离的函数，以及所述各个次级参考样本和所述各个样本之间的距离的函数。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实施方式或实施例中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实施方式或实施例中的一个或多个特征或方面相结合，只要对任何给定或特定的应用有需要或有利即可。而且，在一定程度上，术语“包括”“有”“具有”或这些词的其它变形在详细的说明书或权利要求书中使用，这类术语和所述术语“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”“例如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面，但应了解，多种替代和/或等效实现方式可在不脱离本发明的范围的情况下替代所示和描述的特定方面。该申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管以下权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以所述特定顺序来实施。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (15)

1.一种装置(100)，用于根据来自当前视频编码块(401)的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本(403)对视频信号的一帧的所述当前视频编码块(401)进行帧内预测的，其特征在于，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联，所述所述装置(100)包括：
处理单元(101)，用于：
基于所述多个基准参考样本(403)确定拟合平面(501)，其中，所述拟合平面(501)定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联；
基于所述多个基准参考样本(403)和所述多个拟合样本，为选择的定向帧内预测模式生成多个次级参考样本(601)，其中，所述多个次级参考样本(601)位于所述当前视频编码块(401)的第二组相邻视频编码块中；
基于多个基准参考样本值和多个次级参考样本值，预测所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的样本值。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于通过在所述多个基准参考样本(403)的基础上确定拟合平面参数a，b和c，以基于所述多个基准参考样本(403)来确定所述拟合平面(501)，所述多个拟合样本值
Figure FDA0002301002650000011
由下列方程式定义：
Figure FDA0002301002650000012
其中，x，y表示所述拟合样本在所述帧内的位置。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于执行多元线性回归，尤其是最小二乘法，用于基于所述多个基准参考样本(403)确定所述拟合平面参数。
4.根据权利要求3所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)还用于剪辑所述各个拟合面参数a，b和/或c，以防所述各个拟合平面参数a，b和/或c位于各个拟合平面参数预定义的允许范围之外。
5.根据上述权利要求中任一项所述装置(100)，其特征在于，基于所述多个基准参考样本(403)和所述多个拟合样本，为了为已选的定向帧内预测模式生成所述多个次级参考样本(601)，所述处理单元(101)用于：
为每个基准参考样本(403)确定所述基准参考样本值和对应的拟合样本值之间的各自的主偏移量值；
基于所述多个主要偏移量值的至少一个子集和所述已选的帧内预测模式，预测每个次级参考样本位置上各自的次级偏移量值；
基于所述各自的次级偏移量值和所述各自的拟合样本的拟合样本值，生成各自的次级参考样本值。
6.根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于通过将所述相应的次级偏移量值与所述相应的拟合样本的拟合样本值相加，基于所述各自的次级偏移量值和所述各自的拟合样本的拟合样本值生成所述各自的次级参考样本值。
7.根据权利要求5或6的所述装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于基于所述多个主偏移量值的至少一个子集，预测所述每个基准参考样本位置的各自的次级偏移量值，以及基于HEVC/H.265标准或由其演变而来的标准中定义的帧内预测模式，预测所述已选的帧内预测模式。
8.根据上述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于基于使用平面帧内预测模式的所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值，确定所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的所述样本值。
9.根据权利要求1至7任一项所述装置(100)，其特征在于，所述处理单元(101)用于基于各自的基准参考样本值和各自的次级参考样本值的加权和，预测所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)中各自样本的各自的样本值。
10.根据权利要求9所述的装置(100)，其特征在于，在所述各个基准参考样本值和所述各个次级参考样本值的加权和中，所述处理单元(101)用于将所述各个基准参考样本值和所述各个次级样本参考值的权值作为所述各个基准参考样本和所述各个样本之间的距离的函数，以及所述各个次级参考样本和所述各个样本之间的距离的函数。
11.根据上述权利要求任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述当前视频编码块(401)的第一组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块(401)上方的视频编码块和/或所述当前视频编码块(401)左侧的视频编码块，所述当前视频编码块(401)的第二组相邻视频编码块包括所述当前视频编码块(401)下方的视频编码块和/或所述当前视频编码块(401)右侧的视频编码块。
12.一种编码装置(201)，用于对视频信号的帧的当前视频编码块(401)进行编码，其特征在于，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与样本值相关联，所述编码装置(201)包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测后的视频编码块；编码单元(203)，用于基于所述预测的视频编码块对所述当前视频编码块(401)进行编码。
13.解码装置(211)，用于对视频信号的帧的已编码的视频编码块进行解码，其特征在于，所述已编码的视频编码块包括多个样本，每个样本与样本值相关联，所述解码装置(211)包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的帧内预测装置(100)，用于提供预测的视频编码块；恢复单元(213)，用于基于所述已编码的视频编码块和所述预测的视频编码块来恢复视频编码块。
14.一种方法(300)，用于根据来自所述当前视频编码块(401)的第一组相邻视频编码块的多个基准参考样本(403)对视频信号的一帧的当前视频编码块(401)进行帧内预测的，所述当前视频编码块(401)包括多个样本(405)，每个样本与所述帧内的样本值和位置相关联，所述方法(300)包括：
基于所述多个基准参考样本(403)确定(301)拟合平面(501)，其中，所述拟合平面(501)定义多个拟合样本，每个拟合样本与所述帧内的拟合样本值和位置相关联；
基于所述多个基准参考样本(403)和所述多个拟合样本，为选择的定向帧内预测模式生成(303)多个次级参考样本(601)，其中，所述多个次级参考样本(601)位于所述当前视频编码块(401)的第二组相邻视频编码块中；
基于所述多个基准参考样本值和所述多个次级参考样本值，预测(305)所述当前视频编码块(401)的所述多个样本(405)的所述样本值。
15.一种计算机程序，其特征在于，包括：程序代码，用于在计算机上运行时，执行根据权利要求14所述的方法。
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