[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

说明书

技术领域

本发明涉及高性能视频编码（HEVC，High Efficiency Video Coding）领域，更具体地，涉及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及装置。

背景技术

由于H.264/MPEG-4AVC是在03年发布的，已经过9年，那么随着网络技术和终端处理能力的不断提高，人们对目前广泛使用的MPEG-2、MPEG-4、H.264等，提出了新的要求。希望能够提供：1）高清，2）3D，3）移动无线，以满足新的家庭影院、远程监控、数字广播、移动流媒体、便携摄像、医学成像等新领域的应用。另外，H.264/AVC发布后，经过几年的积累（新型运动补偿、变换、插值和熵编码等技术的发展），具备了推出新一代视频编码标准的技术基础。

2010年4月在德国德累斯顿召开了JCT-VT第一次会议，确定新一代视频编码标准名称：HEVC（High Efficiency Video Coding），并且建立了测试模型。HEVC是由ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG标准组织联合成立的视频项目。第一版的HEVC标准已于2013年1月出版。目前，工作组正在计划额外的工作对现有的HEVC标准进行扩展，包括专业用途、更高的精确度和颜色格式的支持，可扩展编码、3D/立体/多视点编码等。HEVC已被设计用来解决本质上的H.264/MPEG-4AVC的所有现有应用需求，接下来的工作重点特别集中在两个关键问题：提高视频的分辨率和增加使用的并行处理架构。

HEVC的设计就是为了处理所有H.264/MPEG-4AVC所产生的应用需求。HEVC主要关注两个关键议题：提升视频分辨率和推行并行处理架构。HEVC的语法具有通用性，使得它可以适用各种应用。HEVC只有比特流结构和语法是标准化的，以及对比特流的限制和比特流与所解码产生的图像的映射关系。这个映射是通过语法的语义和解码过程的定义实现的，使得只要是符合标准要求的解码器，在给定的符合标准约束的比特流条件下解码结果都是一样的。这种标准范围的限制允许最大的程度的自由以最优化实现方式使得适用于特定的应用（平衡压缩质量、实施成本等）。新一代视频压缩标准的核心目标是在H.264/AVC high profile的基础上，压缩效率提高一倍。即在保证相同视频图像质量的前提下，视频流的码率减少50%。在提高压缩效率的同时，可以允许编码端适当提高复杂度。

帧内预测对于I帧和P/B帧来说是一个重要的编码工具，但在P/B帧中使用得较少。本发明所提方法针对于HEVC中I帧帧内预测的改进。I帧是一种独立的帧，且是每一个GOP的第一帧。它是用来作为新的关注点或重新同步点的起点，并可以用来实现快进、倒带等的随机接入的能力，也不会产生明显的模糊，并能增强视频的视觉质量。随着硬件的快速发展，I帧有利于多核心多线程的并行处理。I帧是视频编码中十分重要的一种帧。

I帧是视频编码中的关键帧，而帧内预测对I帧的编码又十分重要，预测直接影响了量化、变换和熵编码的性能。HEVC仍旧采用传统的混合编码结构，取得很大编码增益主要归结于HEVC采用了很多新颖的技术。其中帧内部分是基于空间域的帧内预测，HEVC将预测角度扩展为180°范围内的33方向，且采用灵活的块划分，将基本单元块分为CU(编码单元，coding unit)、TU(变换单元，transform units)和PU(预测单元，prediction unit)，块的大小范围扩展为64×64至4×4。然而，HEVC中现有的DC预测模式利用求参考像素平均值的方法，并不能对所有的块有很好的预测效果。此外，PLANAR预测模式利用梯度插值的方法也有些粗糙，影响了预测性能。因此，对于这两种平均使用概率最高的预测模式（DC预测模式和PLANAR预测模式），仍存在改进的空间。

发明内容

本申请的发明人考虑到现有技术的上述情况而作出了本发明。本发明的方法专注于HEVC I帧帧内部分预测方法的改进。本发明提出了基于数学统计和分类训练的帧内预测方法，用以训练和改进HEVC编码中的上述两种预测模式DC和PLANAR的预测加权系数。本发明提高了DC和PLANAR两种模式的使用比率，在相同PSNR的情况下减小了码率，对视频图像的主观质量有一定的改进。

本发明要解决的技术问题：HEVC中DC和PLANAR模式现有的预测方法比较简单，因此相对于角度预测模式，这两种模式都导致预测结果存在较大的预测误差，尤其在PU块的右下角位置。