2.H.265/HEVC —— 帧内预测

在H.265/HEVC中，35种预测模式是在PU的基础上定义的，而具体帧内预测过程的实现则是以TU为单位的。编撰规定PU可以以四叉树的形式划分TU，且一个PU内所有TU共享同一种预测模式的形式划分TU,且一个PU内的所有TU共享同一种预测模式。H.265/HEVC帧内预测可分为以下3个步骤：
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1.判断当前TU相邻参考像素是否可用并做相应的处理
2.对参考像素进行滤波
3.根据滤波后的参考像素计算当前TU的预测像素值
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1.相邻参考像素的获取

如图，当前的TU大小为NxN，其参考像素按区域可分为5部分：左下（A）、左侧（B）、左上（C）、上方（D）和右上（E）,一共4N+1个点。若当前TU位于图像边界，或Slice、Tile的边界（H.265/HEVC规定在帧内编码中，相邻Slice或Tile不能相互参考），则相邻参考像素可能会不存在或不可用。另外，在某些情形下A或E所在的块可能尚未进行编码，此时这些参考像素也是不可用的。

相邻参考像素位置

当参考像素不存在或不可用时，H.265/HEVC标准会使用最邻近的像素进行填充。例如，若区域A的参考像素不存在，则区域A所有参考像素都用区域B最下方的像素进行填充；若区域E的参考像素不存在，则区域E所有参考像素都用D最右侧的像素进行填充。需要说明的是，若所有参考像素都不可用，则参考像素都用固定值填充，该固定值大小为

 

                                         R = 1 << （BitDepth -1）

源码解析：
fillReferenceSamples这个函数，它主要功能是在真正进行帧内预测之前，使用重建后的Yuv图像对当前PU的相邻样点进行赋值，为接下来进行的角度预测提供参考样点值。
源码解析可以参考：http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8175721

帧内预测一个很重要的函数initAdiPattern，它的主要功能有三个，（1）检测当前PU的相邻样点包括左上、上、右上、左、左下邻域样点值的可用性，或者说检查这些点是否存在；（2）参考样点的替换过程，主要实现的是JCTVC-J1003即draft 8.4.4.2.2的内容，主要由函数fillReferenceSamples来完成；（3）相邻样点即参考样点的平滑滤波，主要实现draft 8.4.4.2.3的内容。
源码解析可以参考：http://blog.csdn.net/HEVC_CJL/article/details/8184276

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2.参考像素的滤波

1.不同大小TU需要进行参考像素滤波的模式
DC模式以及4x4大小的TU都不需要进行参考像素滤波。其他情形介绍如下：
32x32TU：除了模式10（水平）、模式26（垂直）之外的所有角度模式以及Planar模式。
16x16TU:在32x32TU的基础上进一步出去最接近水平个垂直方向的4个模式——模式9、11、25、27
8x8TU：仅对3个45度倾斜方向的模式（模式2、18、34）以及Planar模式进行参考像素滤波。

2.常规滤波与强滤波方法
这部分就是需要满足几个条件进行常规滤波或者强滤波。

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2.预测像素的计算

与h.264/avc相比，h.265/hevc增加使用了左下方块的边界像素作为当前块的参考。这是由于h.264/avc以固定大小的宏块为单元进行编码，在对当前块进行帧内预测时，其左下方块很有可能尚未进行编码，无法用于参考；而h.265/hevc四叉树形的编码结构使得这一区域成为可用像素。此外，这一区域像素的使用也提供了更多可能的预测方向，在某些情形下（如倾斜向上方向的纹理等）能够大幅度提高预测精度。

h.264 4x4 luma prediction modes

h.265/hevc 帧内参考示意图

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H.265/HEVC亮度分量帧内预测支持5种大小的PU： 4x4, 8x8, 16x16, 32x32, 64x64
每一种大小的PU都有35种预测模式：
1. Planar模式
2. DC 模式
3. 33种角度模式
所有预测模式都使用相同的模板。

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1.Planar模式（解决渐变式的平滑纹理区域）

Planar模式是由H.264/AVC中的Plane模式发展而来的，它适用于图像值缓慢变化的区域。Planar模式使用水平和垂直方向的两个线性滤波器，并将二者的平均值作为当前块像素的预测值。

 

帧内Planar模式预测

a)对应像素的计算公式 b)其计算效果图

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2.DC模式（适用于大面积平坦区域）

DC模式适用于大面积平坦区域，其做法与H.264/AVC基本相同。当前块预测值可由其左侧和上方（注意不包含左上角、左上方和右上方）参考像素的平均值得到。

在4X4的非边缘块，即蓝色透明部分

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3.角度模式

H.264/AVC使用了8中不同的预测方向（4x4大小），H.265/HEVC则进一步细化了这些预测方向，规定了33种角度预测模式，以更好地适应视频内容种不同方向的纹理。

下图给出了33种角度模式的具体方向，其中V0(模式26)和H0(模式10)分别表示为垂直和水平方向，其余模式的预测方向都可以看成再垂直或水平方向上做了一个偏移，该偏移角的大小可由模式下方的数字计算得出。

33种角度模式的预测方向

 

θ 为正表示预测方向向左偏移，θ为负表示预测方向向右偏移；对于水平类模式，θ为正表示预测方向向上偏移，θ为负表示预测方向向下偏移。

对于模式1125，当前块的预测需要同时用到上方和左侧的参考像素。为了能够使用一种统一的形式来计算预测像素值，H.264/HEVC标准采用了一种“投影像素”的方法，对于模式1825（垂直类模式），须将左侧参考像素按给定方向偷影至上方参考像素的左侧（水平排列），而对于模式11~17（水平类模式），须将上方参考像素按给定方向投影至左侧参考像素的上方（垂直排列）。

 

step:

 

1. 对于给定垂直类模式M,使用“投影像素”法将其需要用到的参考像素映射为一维形式，记为Ref.
   2.计算当前像素对应参考像素的Ref中的位置，记为pos：
   pos = (y* offset[M]) >> 5
   3.计算当前像素对应参考像素的加权因子w：
   w = (y * offset[M]) & 31
   其中，&表示按位与运算。
   4.计算当前像素的预测值：
   Px,y = ((32-w)Ref[pos]+wRef[pos+1]+16)>>5
   需要注意的是,对于模式26（垂直模式），预测像素值改由下式计算：
   Px,y = Rx,o +（(Ro,y - Ro,o） >> 0）

源码解析：
HM中TComPrediction.cpp文件下有以上模式的函数，具体的解析可以参考：
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8175721
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8184276
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8200793
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8216065
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8259844
http://blog.csdn.net/hevc_cjl/article/details/8259844

TComPrediction.cpp

作者：Persistently
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来源：简书
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