[发明专利]HEVC中基于数学统计和分类训练的帧内预测方法及装置

权利要求书

1.一种高性能视频编码中基于数学统计和分类训练的帧内预测方法，包括以下步骤：

步骤1，输入视频序列数据，其中，所述视频序列数据由视频帧的各像素的亮度值组成，所述视频帧被划分为多个编码单元块，编码单元块被进一步为划分预测单元块，其中，每个预测单元块的在该视频帧内的多个相邻像素作为该预测单元块的参考像素；

步骤2，利用高性能视频编码的多种标准帧内预测模式，分别对所述视频帧的各个预测单元块进行帧内预测，并且，对于各个预测单元块，分别确定所述多种预测模式中率失真代价最小的一个预测模式作为最佳预测模式；

步骤3，计算最佳预测模式为多种标准帧内预测模式中的第一预测模式的各个预测单元块的参考像素的方差值，将计算出的各个预测单元块的所述方差值与预定的方差阈值相比较，并且，根据比较结果，将所述最佳预测模式为第一预测模式的预测单元块分成多组预测单元块；

步骤4，对于所述多组预测单元块中的每组预测单元块，使用最小二乘法，对方程求解，求出该组预测单元块中的每个预测单元块中的每个像素位置的加权预测系数矩阵其大小为n×1，其中，为该组预测单元块的所有参考像素的亮度值组成的m×n矩阵，其中n为每个预测单元块的参考像素的数目，m为该组预测单元块中的预测单元块数目，为每个预测单元块内的各个像素的亮度值所组成的目标像素点矩阵，其大小为m×1，i、j分别表示该像素在预测单元块内的垂直和水平方向上的坐标。

2.根据权利要求1所述的帧内预测方法，还包括以下步骤：

步骤5，继续输入视频序列数据，并对新输入的视频序列数据进行步骤2和3中的操作，得到多组预测单元块；

步骤6，利用所述加权预测系数矩阵对多组预测单元块中的每组预测单元块中的每个预测单元块的参考像素的亮度值进行加权相加，加权相加的结果作为所述每个预测单元块内的相应位置（i,j）的像素的预测亮度值。

3.根据权利要求1或2所述的帧内预测方法，其中，所述步骤3还包括：

步骤3-1，计算最佳预测模式为多种标准帧内预测模式中的第二预测模式的各个预测单元块的参考像素的在水平方向和垂直方向上的梯度值，将计算出的各个预测单元块的所述梯度值与预定的梯度阈值相比较，并且，根据比较结果，将所述最佳预测模式为第二预测模式的预测单元块分成多组预测单元块。

4.根据权利要求1所述的帧内预测方法，其中，所述多种预测模式包括33种角度预测模式、DC预测模式、以及PLANAR预测模式。

5.根据权利要求4所述的帧内预测方法，其中，所述第一预测模式是DC预测模式。

6.根据权利要求3所述的帧内预测方法，其中，所述多种预测模式包括33种角度预测模式、DC预测模式、以及PLANAR预测模式。

7.根据权利要求6所述的帧内预测方法，其中，所述第一预测模式是DC预测模式，所述第二预测模式是PLANAR预测模式。

8.根据权利要求7所述的帧内预测方法，其中，所述步骤3中的“将所述最佳预测模式为第一预测模式的预测单元块分成多组预测单元块”包括：

将所述方差值为0～1的预测单元块分成一组，将所述方差值为1～2.5的预测单元块分成一组，将所述方差值为2.5～4的预测单元块分成一组，将所述方差值为4～10的预测单元块分成一组，将所述方差值为10～40的预测单元块分成一组。

9.根据权利要求8所述的帧内预测方法，其中，所述步骤3-1中的“将所述最佳预测模式为第二预测模式的预测单元块分成多组预测单元块”包括：

将垂直方向和水平方向上的梯度值均为正的预测单元块分成一组，将垂直方向和水平方向上的梯度值均为负的预测单元块分成一组，将垂直方向上的梯度值为正、水平方向上的梯度值为负的预测单元块分成一组，将垂直方向上的梯度值为负、水平方向上的梯度值为正的预测单元块分成一组，将其余预测单元块分成一组。

10.根据权利要求1所述的帧内预测方法，其中，所述步骤2至4是对于大小为4×4和8×8的预测单元块分别进行的，并得到用于大小为4×4和8×8的预测单元块的各自的加权预测系数矩阵

11.一种用于进行如权利要求2至10中的一个所述的帧内预测方法的帧内预测装置，包括HEVC编码单元模块、HEVC预测单元模块和样本训练模块，

其中，所述HEVC编码单元模块对视频帧的最大编码单元进行四叉树划分，将最大编码单元划分成多个编码单元块，

所述HEVC编码单元模块对编码单元块继续进行四叉树划分，将每个编码单元块在当前划分层中划分成一个预测单元块，在下一划分层中划分成多个预测单元块，

所述HEVC预测单元模块在预测单元块内通过帧内预测、量化、变换、伪熵编码操作，得到当前预测单元块的当前预测模式下的码率和率失真代价，比较当前划分层和下一划分层的码率和率失真代价，根据比较结果判断采用当前划分层还是下一划分层的预测单元块划分，

所述样本训练模块包括样本获取单元和样本训练单元，

所述样本获取单元用于：当在DC和PLANAR预测模式下进行预测编码时，从视频序列数据中获取各预测单元块中的各像素的亮度值、各预测单元块的参考像素的亮度值，并将其提供给样本训练单元，

所述样本训练单元用于进行所述步骤3至6。