H.264/MPEG-4 Part 10 White Paper 译(二) Intra Prediction

帧内宏块预测

 

1． 引言

联合视频工作组（JVT）正在定案一个新的自然视频图像编码（压缩）标准。新标准被称为H.264或称作MPEG-4 Part 10、“高级视频编码（AVS）”。这篇文档描述了H.264编解码器中宏块帧内编码的方法。

 

如果一个块或宏块按帧内模式编码，会基于之前已经编码并重构（未过滤）的块生成一个预测宏块。这个预测块P被从之前已经编码的当前宏块中减去。对于亮度（luma）采样，P可能为每个4X4子块或16X16宏块产生。对于每个4X4的亮度块总共有9种可选的预测模式；对于16X16亮度块有4种可供选择的模式；而每个4X4的色度块只有一种预测模式（注：此处当理解成只有一种8X8的色度分块模式？）。

 

2．4X4亮度块预测模式

Figure 1显示在一个QCIF帧中的一个亮度宏块和一个需要进行预测的4X4的亮度块。该块左边和上边的采样（即像素对应值）已经被编码、重建并且因而能够在编码器和解码器中用来生成预测块。基于Figure 2中标识为A-M的采样计算出预测块P。注意在有些情况下，不是所有的采样A-M都在当前切片（即分块）中可用：为了保持切片解码的独立性，只有在当前切片中可用的采样才会用来进行预测。直流(DC)预测（模式2）根据A-M中的哪些采样可用来修改；其它模式（1-8）或许只能使用在所有预测中用到的采样都可用的情况（除了E，F，G，H不可用的情况。这些值可从D中复制）。

Figure 3中的箭头标出了每种模式下预测的方向。在模式3-8中，预测值根据预测采样A-Q的加权平均来产生。编码器可能为每个块选择一种预测模式来减小P和被编码块之间的误差。

例：对Figure 1中所示的4X4块使用9种预测模式（0-8）计算。Figure 4显示了每种预测生成的预测块P。每种预测模式的绝对误差和（SAE）表明了预测误差的规模。在这种例子中，与实际当前块匹配最好的是模式7(垂直向左)，因为这种模式给出了最小的SAE；经过视觉上的比较可以看出P块与原始的4X4块非常相似。

3． 16X16亮度块预测模式

16X16亮度块预测模式是一个上述4X4亮度块预测模式的一种替代方法，整个16X16的亮度块可以被预测。有四种模式可以使用。如Figure 5所示：

 

模式0(垂直)：从块上部的采样推出（H）。

模式1(水平)：从块左侧的采样推出（V）。

模式2(直流)：从块上部和左侧的采样的均值推出（H+V）

模式3(平面)：对块上部和左侧的采样H和V使用一个线性“平面”函数，这在平滑的亮度区域中效果最好。

例：

Figure 6 显示了一个左侧和上部采样已经编码的亮度宏块。预测结果（Figure 7）表明最佳匹配由模式3给出。帧内16X16模式在分布均匀的图像区域中效果比较好。

4． 8X8色度块预测模式

一个宏块的每个8X8的色度分量从之前已编码重构的上部和（或）左侧的色度采样中预测。色度块的四种预测模式和第3部分中描述（Figure 5所示）的16X16亮度块预测模式非常相似，除了模式号不同：直流（模式0），横向（模式1），垂直（模式2）和平面（模式3）。相同的预测模式在色度块中也始终适用（色度和亮度的相同预测模式的预测方法相同）。

注意：如果亮度分量中的8X8块被编码成帧内预测模式，色度块也要编码成帧内预测模式。

 

5．    帧内预测模式编码

每个4X4块所选择的帧内预测模式必须传递给解码器，这就要求一个大量的位来存储。然而，相邻4X4块帧内预测模式高度相关。例如，如果Figure 8中的之前已经编码的4X4块A和B使用模式2，很可能块C（当前编码块）的最佳预测模式也是模式2。

 

对每个当前块C，编码器和解码器计算出最可能模式（most_probable_mode）.如果A和B都使用了4X4帧内预测模式并且都包含在当前切片中，最可能模式就是A和B中模式号最小的预测模式；否则最可能模式设置为2(直流预测)。

 

编码器给每个4X4块发送标志use_most_probable_mode，如果标志为”1”，参数most_probable_mode被使用。如果标志为”0”，另一个参数remaining_mode_selector被发送，表明需改变模式。如果remaining_mode_selector比当前most_probable_mode小，预测模式就设置成remaining_mode_selector; 否则预测模式设置成remaining_mode_selector+1.采用这种方法，remaining_mode_selector只需使用8个值（0到7）来标志当前帧内预测模式（0到8）。

 

6．    参考资料

1 ITU-T Rec. H.264 / ISO/IEC 11496-10, “Advanced Video Coding”, Final Committee Draft, Document JVTF100,

December 2002

2 Iain E G Richardson, “H.264 and MPEG-4 Video Compression”, John Wiley & Sons, to be published late

2003