H.266VVC的關鍵編碼技術（一）：幀內預測

1.幀內預測

幀內預測是指利用視訊中相鄰畫素之間的相似性或者關聯性，使用當前影像己編碼的相鄰畫素預測當前畫素，從而達到去除空間冗餘的口的，得到的預測殘差將經過後續的變換、量化和嫡編碼等模組進一步處理生成最終的碼流。
(1)幀內預測模式
為了捕捉自然視訊中任意的邊緣方向，VVC中的幀內預測模式從HEVC中使用的33種擴充套件到65種。

紅色虛線表示了VVC中新出現的幀內角度預測模式，黑色為HEVC原有的幀內預測模式，DC模式和Planar模式保持不變。
(2)幀內模式編碼
在影像和視訊視訊中，相鄰塊的相關性是很強的，因此相鄰塊的編碼模式有很大概率是相同，若對每個編碼塊的預測模式獨立編碼會造成不必要的冗餘，所以從HEVC標準開始，編碼器會建立一個模式候選列表存放最可能模式MPM(MostProbable Mode)，由於預測模式數量的增加，VVC中MPM列表中的模式數量增加到60.若對VVC中65種幀內角度預測模式逐一篩選，計算複雜度會急劇增加，為了降低複雜度，幀內模式的搜尋策略分為三步:
第一步，使用較低複雜度的SATD代價，僅從原HEVC的35種幀內角度預測模式中粗選出N個模式(N的取值與編碼塊大小有關);
第二步，進行第二次粗選，使用SATD代價對選出的N個模式中的角度預測模式與其鄰近的角度預測模式比較，選擇SATD代價更優的模式，對N種模式進行更新;
第三步，將選出的N個模式合併到MPM列表中，得到最終的候選列表，並使用更加準確的率失真代價(RD-cost)選出最優的幀內預測模式，傳輸最優的編碼模式在MPM的列表中的索引至解碼端，解碼端就可以對CU進行幀內預測。
(3)寬角度預測模式

在VVC中，由於CU可以是矩形的，原有的角度預測模式變得不夠準確，此
時編碼器自適應地將兒種幀內角度預測模式替換成寬角度預測模式。寬角度預測模式依然使用原角度預測模式索引編碼，解碼後將其對映為寬角度模式的索引。模式66原本是45。預測，若當前編碼塊的寬高比滿足使用寬角度預測的條件，則會對預測角度進行調整。
(4)多行參考幀內預測
多行參考幀內預測(Multiple reference Line, MRL)可參考多行鄰近畫素實現幀內預測，提高預測精度。

以四行參考畫素為例，圖中A區和F區使用B區和E區中最近的重建畫素填充，常規幀內預測僅使用第0行參考畫素，在MRL幀內預測模式中還可以使用第1行和第3行參考畫素，所選的參考行數的索引將被標記並傳輸至解碼端。
(5)交叉分量預測
為了減少亮度和色度之間存在的冗餘，VUC中引入交叉分量預測(Cross-Component Linear Model, CCLM)模式，該模式利用一個線性模型從重建的亮度畫素值預測同一CU中的色度畫素值:


L(n)是鄰域參考畫素經下采樣後的亮度重建值，即圖2-7中位於綠色位置的畫素，C(n)是鄰域參考畫素的色度重建值，N是使用的參考畫素點個數。口前版本中為了降低計算複雜度，只從鄰域中使用4個或者2個畫素點。若是使用4個點的情況，根據左側和上方的參考畫素的能否獲取選擇LM模式、LM-A(LinearModel-Above)模式、LM-L(Linear Model-Left)模式，在不同模式下選擇不同位置的參考畫素並排序，找出其中亮度較小的2個點或者亮度較大的2個點，分別求平均得到2個平均值，使用這2個平均值擬合線性模型。若是2個點的情況，則從相鄰畫素中搜尋一個亮度最大點和一個亮度最小點，直接使用這兩個點擬合線性模型。