H.264 Intra Prediction

对I宏块编码，不参考其所在的条带之外的任何数据。I宏块可以出现在任何类型的条带中，但是I条带中只能包含I宏块。对I宏块进行编码，只能使用帧内预测方式。对于一个包含亮度或者色度采样点的块，在采样点之间，以及块和临近块的采样点之间，存在着较高的相关性。因此，帧内预测采用临近块的采样点来预测块中的采样点的值。

1、Intra Prediction类型

对于I宏块，根据帧内预测块的尺寸，对亮度分量的预测方式分为三种：16X16、8X8和4X4。而对色度分量，仅有一种预测方式。帧内预测类型如表1所示：

表1 Intra Prediction类型

当4X4、8X8或者16X16的块尺寸的帧内预测被选择，块和用来预测的采样点的关系如图1和图2所示。在预测的过程中，仅仅这些采样点被用到。例如，在图片或条带左边缘的块，在块的左边没有相邻的采样点。在这种情况下，只有部分的预测模式是可用的。

           

图1 4X4或8X8预测模式                                                                         图2 16X16预测模式

对于亮度分量，不同块尺寸的预测模式，对下面的两个方面会有不同的影响：预测效率和传输预测模式的成本。

（1）Smaller blocks：比较小的预测块尺寸可以给预测带来更高的精度，这也意味着更小的编码残余，因此在传输残余块的量化转化系数的时候，需要更少的数据。但是，因为预测模式的选择也需要传输给解码器，因此需要更多的数据来编码被选测的预测模式。

（2）Larger blocks：这种模式的选择，对上面两方面的影响正好和Smaller blocks相反，预测精度相对较低，但是，在编码被选择的预测模式时，需要较少的数据。
在编码的时候，编码器会在这两者之间作一个权衡，然后选择一个合适的预测模式。

2、4X4与8X8亮度预测模式

4X4或8X8亮度预测模式如表2和图3所示。

表2 4X4或8X8亮度预测模式描述

图3 4X4或8X8亮度预测模式图解

3、16X16与Chroma预测模式

16X16与Chroma预测模式如表3和图4所示。

表3 16X16与Chroma预测模式描述

图3 16X16与Chroma预测模式图解

4、Intra Prediction模式传输

为每个4X4或者8X8亮度模块选择的帧内预测模式都必须发送给解码器，因此这也将需要大量的额外数据。但是，对于相邻的4X4或8X8块的帧内预测模式，会有很高的想性。例如图5所示的4X4块A、B和E，如果A和B的预测模式为2，那么E的最大可能预测模式也为2。为了很好的利用这个相关性，在传输4X4或8X8预测模式时，使用预测编码。对于块E，编码器和解码器将A和B的较小的一个预测模式定义为E的最大可能预测模式。如果A和B的预测模式都不能获得，则将他们的预测模式设置为2，表明E的预测模式也为2。

图5 BlockA、B和E的位置关系

编码器为每个4X4块发送一个flag：prev_intra4×4_pred_mode，如果该flag的值为1，使用最大可能预测模式，如果为0，编码器将会发送另一个参数rem_intra4×4_pred_mode，用于表明预测模式发生了变化。如果rem_intra4×4_pred_mode的值比当前的最大可能预测模式的值小，则预测模式设置为rem_intra4×4_pred_mode，否则设置为rem_intra4×4_pred_mode+1。用这种方式，rem_intra4×4_pred_mode仅仅有8种可能的值0-7，用来发送9种可能的帧内预测模式0-8。