【二】H.264/MPEG-4 Part 10 White Paper 翻译之 Prediction of Intra Macroblocks

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xzrch@2018.09.14

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1.介绍

ISO / IEC MPEG和ITU-T VCEG的联合视频组（JVT）正在最终确定自然视频图像编码（压缩）的新标准。 新标准[1,2]将被称为H.264以及MPEG-4第10部分，即“高级视频编码”。 本文描述了在H.264 CODEC中预测帧内编码宏块的方法。

如果以帧内模式编码块或宏块，则基于先前编码和重构（但未经滤波）的块来生成预测块。在编码之前从当前块中减去该预测块P。对于亮度（luma）采样，可以针对每个4×4子块或针对16×16宏块生成P。每个4x4亮度块总共有9种可选的预测模式，而可用于16x16亮度模块的有4种可选模式，还有一个始终应用于每个4x4色度块的模式。

2. 4×4 亮度预测模式

图1显示了一个QCIF帧中的亮度宏块和需要预测的4x4亮度块。上面和左边的采样先前已经被编码和重建，因此在编码器和解码器中可用以形成预测参考。如图中所示，预测块P基于图2中标记为采样A-M。注意在一些情况下，并非所有采样A-M在当前切片内都可用：为了保持切片的独立解码，仅当前切片内的样本可用于预测。 根据哪些样本A-M可用来修改DC预测（模式0）; 只有在所有需要的预测样本都可用时才可以使用其他模式（1-8）（除非如果E，F，G和H不可用，则从样本D复制它们的值）。
图3中的箭头表示每种模式下的预测方向。对于模式3-8，预测样本由预测样本A-Q的加权平均生成。编码器可以为每个块选择预测模式，其目标是最小化P与要编码的块之间的残差。

示例：针对图1中所示的4×4块计算9个预测模式（0-8）。图4表示出了由每个预测创建的预测块P. 每个预测的误差绝对值之和（SAE）表示预测误差的大小。 在这种情况下，模式7（垂直右）给出了与实际当前块的最佳匹配，因为该模式给出了最小的SAE。视觉比较显示P块看起来与原始4x4块非常相似。

3. 16×16 亮度预测模式

作为上述4×4亮度模式的替代，可以预测宏块的整个16×16亮度分量。 有四种模式可供选择，如图5中的图表所示：
模式0（垂直）：从上部样本（H）外推。
模式1（水平）：从左样本（V）外推。
模式2（DC）：上部和左侧样本的平均值（H + V）。
模式4（平面）：线性“平面”函数适用于上部和左侧样本H和V.这适用于平滑变化亮度的区域。

例：
图6表示亮度宏块具有在上边缘和左边缘处的先前编码的样本。 预测结果（图7）表明最佳匹配由模式3给出。帧内16×16模式在图像的均匀区域中效果最佳。

4. 8×8色度预测模式

从先前已经编码和重构的上方和/或左侧的色度样本预测宏块的每个8×8色度分量。 除了模式编号的顺序不同之外，4种预测模式与第3节中描述的16x16亮度预测模式非常相似，不同之处在于：DC（模式0），水平（模式1），垂直（模式2） 和平面（模式3）。 始终将相同的预测模式应用于两个色度块。

从先前已经编码和重构的上方和/或左侧的色度样本预测宏块的每个8×8色度分量。 除了模式编号的顺序不同之外，4种预测模式与第3节中描述的16x16亮度预测模式非常相似，不同之处在于：DC（模式0），水平（模式1），垂直（模式2） 和飞机（模式3）。 始终将相同的预测模式应用于两个色度块。
注意：如果亮度分量中的任何8x8块以帧内模式编码，则两个色度块都是经过编码的。

5. 编码帧内预测模式

必须向解码器发信号通知每个4×4块的帧内预测模式的选择，并且这可能潜在地需要大量比特。 然而，相邻4×4块的帧内模式高度相关。 例如，如果使用模式2预测图8中的先前编码的4×4块A和B，则块C（当前块）的最佳模式可能也是模式2。
对于每个当前块C，编码器和解码器计算most_probable_mode。 如果A和B在4x4帧内模式中编码并且都在当前切片内，则most_probable_mode是A和B的预测模式的最小值; 否则，most_probable_mode设置为2（DCprediction）。

编码器为每个4x4块发送一个标志use_most_probable_mode。 如果标志为“1”，则使用参数most_probable_mode。 如果标志为“0”，则发送另一个parameterremaining_mode_selector以指示模式的改变。 如果remaining_mode_selector小于当前的most_probable_mode，则将预测模式设置为remaining_mode_selector;否则将预测模式设置为remaining_mode_selector + 1。 以这种方式，仅需要8个remaining_mode_selector值（0到7）来发信号通知当前帧内模式（0到8）。

6. References
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