【二】 VVC理论知识之帧内预测编码

一、VVC中帧内预测的基本原理

帧内预测的基本原理是利用图像的空间相关性，以此相关性为依据通过一些邻块信息来预测当前编码块，值得注意的是这些块信息必须是编码之后生的重构块，去除空间信息的冗余来实现数据的压缩。H.266/VVC 的帧内预测在 H.265/HEVC 的基础上提出了一些新的技术，并且对之前的一些技术进行了扩展。为了在自然图像中获得任意角度方向的边缘，H.266/VVC 在 H.265/HEVC 的 33 种帧内角度模式的基础之上，增加到了现在 65 种。具体如图所示，红色的虚线表示新增的角度，黑色实线表示 HEVC 中已经存在的角度。该技术可以应用在亮度和色度的任意尺寸块的帧内预测过程中。

由上图可以看出，该预测方向按照顺时针方向定义为45 至-135 。H.266/VVC在矩形块上使用了宽角度模式来代替传统的角度模式。即用一些传统的角度模式的索引来表示矩形长边方向参考像素的一些拓展，但总体的角度数量不变。这样做的好处是，分割为矩形块后，一些边缘角度例如 45 方向，所指向的参考像素对于长边的可参考范围较小，而-135 方向的角度所指向短边的参考像素距离当前块过远，参考性不大，所以将-135 方向的角度代表为指向长边更远处的参考像素，以便于更精确地预测。

二、VVC中帧内预测新增加的技术CCLM

在色度的预测过程中，H.266/VVC 添加了新的预测技术，称为跨分量线性模型预测（Cross-component linear model prediction，CCLM）。该技术的基本思想是使用当前块的重建亮度值，通过一个线性模型预测得到色度分量的预测值，使用的公式如下所示：
$$Pre{d}_C\left(i,j\right)=\alpha \text{Re}{c}_L\left(i,j\right)+\beta$$

其中：

上式中 $Pre{d}_C\left(i,j\right)$表示一个 CU 的色度预测值，$Re{c}_L\left(i,j\right)$表示相同 CU的亮度重建值经过下采样后所得的重建值。$\alpha$和$\beta$为线性模型的参数。其中$L\left(n\right)$为经过下采样的左侧和上侧相邻参考亮度值，$C\left(n\right)$为左侧和上侧相邻参考色度值， N 为相邻参考色度值的个数。

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