H.266VVC的关键编码技术（一）：帧内预测

1.帧内预测

帧内预测是指利用视频中相邻像素之间的相似性或者关联性，使用当前图像己编码的相邻像素预测当前像素，从而达到去除空间冗余的口的，得到的预测残差将经过后续的变换、量化和嫡编码等模块进一步处理生成最终的码流。
(1)帧内预测模式
为了捕捉自然视频中任意的边缘方向，VVC中的帧内预测模式从HEVC中使用的33种扩展到65种。

红色虚线表示了VVC中新出现的帧内角度预测模式，黑色为HEVC原有的帧内预测模式，DC模式和Planar模式保持不变。
(2)帧内模式编码
在图像和视频视频中，相邻块的相关性是很强的，因此相邻块的编码模式有很大概率是相同，若对每个编码块的预测模式独立编码会造成不必要的冗余，所以从HEVC标准开始，编码器会建立一个模式候选列表存放最可能模式MPM(MostProbable Mode)，由于预测模式数量的增加，VVC中MPM列表中的模式数量增加到60.若对VVC中65种帧内角度预测模式逐一筛选，计算复杂度会急剧增加，为了降低复杂度，帧内模式的搜索策略分为三步:
第一步，使用较低复杂度的SATD代价，仅从原HEVC的35种帧内角度预测模式中粗选出N个模式(N的取值与编码块大小有关);
第二步，进行第二次粗选，使用SATD代价对选出的N个模式中的角度预测模式与其邻近的角度预测模式比较，选择SATD代价更优的模式，对N种模式进行更新;
第三步，将选出的N个模式合并到MPM列表中，得到最终的候选列表，并使用更加准确的率失真代价(RD-cost)选出最优的帧内预测模式，传输最优的编码模式在MPM的列表中的索引至解码端，解码端就可以对CU进行帧内预测。
(3)宽角度预测模式

在VVC中，由于CU可以是矩形的，原有的角度预测模式变得不够准确，此
时编码器自适应地将儿种帧内角度预测模式替换成宽角度预测模式。宽角度预测模式依然使用原角度预测模式索引编码，解码后将其映射为宽角度模式的索引。模式66原本是45。预测，若当前编码块的宽高比满足使用宽角度预测的条件，则会对预测角度进行调整。
(4)多行参考帧内预测
多行参考帧内预测(Multiple reference Line, MRL)可参考多行邻近像素实现帧内预测，提高预测精度。

以四行参考像素为例，图中A区和F区使用B区和E区中最近的重建像素填充，常规帧内预测仅使用第0行参考像素，在MRL帧内预测模式中还可以使用第1行和第3行参考像素，所选的参考行数的索引将被标记并传输至解码端。
(5)交叉分量预测
为了减少亮度和色度之间存在的冗余，VUC中引入交叉分量预测(Cross-Component Linear Model, CCLM)模式，该模式利用一个线性模型从重建的亮度像素值预测同一CU中的色度像素值:


L(n)是邻域参考像素经下采样后的亮度重建值，即图2-7中位于绿色位置的像素，C(n)是邻域参考像素的色度重建值，N是使用的参考像素点个数。口前版本中为了降低计算复杂度，只从邻域中使用4个或者2个像素点。若是使用4个点的情况，根据左侧和上方的参考像素的能否获取选择LM模式、LM-A(LinearModel-Above)模式、LM-L(Linear Model-Left)模式，在不同模式下选择不同位置的参考像素并排序，找出其中亮度较小的2个点或者亮度较大的2个点，分别求平均得到2个平均值，使用这2个平均值拟合线性模型。若是2个点的情况，则从相邻像素中搜索一个亮度最大点和一个亮度最小点，直接使用这两个点拟合线性模型。