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Intra Chroma Prediction

 

    帧内预测依赖于当前宏块的相邻宏块,如果任何一个相邻宏块不可用,那么会直接影响到当前宏块的预测方式。

    那么宏块怎么才谓之可用?

    满足以下几个条件的相邻宏块为不可用:

  1. 相邻宏块超出边界,即(x<0 || x>PicWidthInMbs),(y<0 || y>PicHeightInMbs)
  2. 相邻宏块与当前处理的宏块不在同一slice
  3. 如果强制要求当前宏块的相邻宏块为intra(constrained_intra_pred_flag = 1),但实际上相邻宏块的编码方式为inter,该相邻宏块就不可用。

 

当然以上只适用于判断相邻宏块是否可用于intra预测;而对于inter预测,只要判断条件1与2;而在进行deblocking的情况下只需判断条件1。

(以下的"可用"都为"可用于Intra预测")

 

Intra Chroma Prediction

帧内色度预测有四种预测模式。

 

           1  . Intra_Chroma_DC

             DC模式会选取相邻Chroma宏块的相应像素,取像素平均值来预测当前4x4块的像素值。由于预测块大小为4x4,因此相邻块像素值也取四个为一组:

$Sum_{up}=\sum_{x=0}^{3}Pixel(x,-1)$

$Sum_{left}=\sum_{y=0}^{3}Pixel(-1,y)$

$Sum_{default}=1<<(BitDepth-1)$

            DC模式分为三种情况

              1)如果当前Chroma子块(4x4)的位置位于宏块的(0,0)或者(x,y){x!=0 && y!=0},那么该Chroma子块就可以使用与其位置相应的相邻宏块的像素进行预测。

                  如果Top与Left可用

$Pred_{4\times4}(x,y) = (Sum_{up} + Sum_{left})>>3$ 

                  否则如果只有Top或者只有Left可用

$ Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{up} >>2$ or $Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{left}>>2$

                  否则Top与Left都不可用

$Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{default}$

 

           2)如果当前Chroma子块的位置位于(x,-1)

                如果Top可用

$ Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{up} >>2$

                否则如果left可用

$Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{left}>>2$

                否则

$Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{default}$

 

            3)如果当前Chroma子块的位置位于(-1,y)

                如果left可用

$Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{left}>>2$

               否则如果Top可用

$ Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{up} >>2$

               否则

$Pred_{4\times4}(x,y)=Sum_{default}$

 

             2  .  Intra Chroma Horizon

             只有当左相邻宏块的像素点Pixel(-1,y)被标记为可以用于帧内预测时才能采用这种预测方式

$Pred(x,y)=Pixel(-1,y)$

             3 .    Intra Chroma Vertical

              只有当上方相邻宏块的像素点Pixel(x,-1)被标记为可以用于帧内预测时才能采用这种预测方式

$Pred(x,y)=Pixel(x,-1)$

            4  . Intra Chroma Plane

          只有当左相邻宏块像素点Pixel(-1,y)以及上方相邻宏块像素点Pixel(x,-1)都被标记为可以用于Intra预测时才能采用这种预测方式

          首先我们来看标准中的两个式子

$H=\sum_{x=0}^{3+xCF}(x+1)\times{(Pixel(4+xCF+x,-1)-Pixel(2+xCF-x,-1))}$

$V=\sum_{y=0}^{3+yCF}(y+1)\times{(Pixel(-1,4+yCF+y)-Pixel(-1,2+yCF-y))}$

         由于xCF与yCF是YUV格式相关参数,当为0时表示为4:2:0

$H=\sum_{x=0}^{3}(x+1)\times{(Pixel(4+x,-1)-Pixel(2-x,-1))}$

$V=\sum_{y=0}^{3}(y+1)\times{(Pixel(-1,4+y)-Pixel(-1,2-y))}$

          我们在这里另$M= Pixel(4+x,-1)-Pixel(2-x,-1)$可以得到以下图像

        可以看出在x越大的情况下(趋向于宏块两端),如果M(两端像素差)越大,那么得到的值也就越大,因此该参数H表明了Pixel(x,-1)的变化趋势,是变大呢(H值很大),变小呢(H值为负,很小),还是平缓(H值在0附近)。

       同理,V在y轴上也是这种情况。

       按照上面的说法,这不就是一个线性系数吗(虽然说可能不够准确),那么我们就可以把H与V做一下调整,归一化得到线性系数b与c

$b = (34+29\times{H})>>6$

$c= (34+29\times{V})>>6$

      得到系数后,再确定常量(基准值)就可以得到一个完整的式子了。那么如何确定基准值?这里假设像素是按照左下->右上的方式变化的,即像素值在该方向上线性变化。

那么取中心点为基准值,该基准值为左相邻宏块的最低端与上相邻宏块最右端的平均值

$Pred(3,3)=(Pixel(width-1,-1)+Pixel(-1,height-1))>>1$

$a =16\times{(Pixel(width-1,-1)+Pixel(-1,height-1))}$

 

    最后得到预测公式

$Pred(x,y)=(a+b\times{(x-3-xCF)}+c\times{(y-3-yCF)}+16)>>5$

 

 

JM18.6

/*! ************************************************************************ * \brief *    Intra prediction of the chrminance layers of one macroblock ************************************************************************ */void intra_chroma_prediction (Macroblock *currMB, int *mb_up, int *mb_left, int*mb_up_left){  int s, i, j;  int      uv;  int      b8, b4;  imgpel   vline[16];  int      mb_available_up;  int      mb_available_left[2];  int      mb_available_up_left;  PixelPos pix_c;  //!< pixel position  p(0,-1)  PixelPos pix_d;  PixelPos pix_a;  //!< pixel positions p(-1, -1..15)  Slice *currSlice = currMB->p_Slice;  VideoParameters *p_Vid = currSlice->p_Vid;  InputParameters *p_Inp = currSlice->p_Inp;  int      cr_MB_x = p_Vid->mb_cr_size_x;  int      cr_MB_y = p_Vid->mb_cr_size_y;  imgpel **cur_pred = NULL;  imgpel *hline = NULL;  int      yuv = p_Vid->yuv_format - 1;  int      dc_pred_value_chroma = p_Vid->dc_pred_value_comp[1];  int      max_imgpel_value_uv  = p_Vid->max_pel_value_comp[1];  static const int block_pos[3][4][4]= //[yuv][b8][b4]  {    { {0, 1, 2, 3},{0, 0, 0, 0},{0, 0, 0, 0},{0, 0, 0, 0}},    { {0, 1, 2, 3},{2, 3, 2, 3},{0, 0, 0, 0},{0, 0, 0, 0}},    { {0, 1, 2, 3},{1, 1, 3, 3},{2, 3, 2, 3},{3, 3, 3, 3}}  };    p_Vid->getNeighbour(currMB, -1, -1, p_Vid->mb_size[IS_CHROMA], &pix_d);  p_Vid->getNeighbour(currMB, -1,  0, p_Vid->mb_size[IS_CHROMA], &pix_a);  p_Vid->getNeighbour(currMB,  0, -1, p_Vid->mb_size[IS_CHROMA], &pix_c);  mb_available_up      = pix_c.available;  mb_available_up_left = pix_d.available;  mb_available_left[0] = mb_available_left[1] = pix_a.available;//强制要求相邻宏块使用帧内预测,否则不可用  if(p_Inp->UseConstrainedIntraPred)  {    mb_available_up      = pix_c.available ? p_Vid->intra_block[pix_c.mb_addr] : 0;    mb_available_left[0] = mb_available_left[1] = pix_a.available ? p_Vid->intra_block[pix_a.mb_addr] : 0;    mb_available_up_left = pix_d.available ? p_Vid->intra_block[pix_d.mb_addr] : 0;  }  if (mb_up)    *mb_up = mb_available_up;  if (mb_left)    *mb_left = mb_available_left[0];  if (mb_up_left)    *mb_up_left = mb_available_up_left;  // compute all chroma intra prediction modes for both U and V  for (uv=0; uv<2; uv++)  {    imgpel **image = p_Vid->enc_picture->imgUV[uv];    imgpel ***curr_mpr_16x16 = currSlice->mpr_16x16[uv + 1];    // DC prediction    for(b8=0; b8<p_Vid->num_blk8x8_uv >> 1;b8++)    {      for (b4 = 0; b4 < 4; b4++)      {        int block_y = subblk_offset_y[yuv][b8][b4];        int block_x = subblk_offset_x[yuv][b8][b4];        int blk_x = block_x;        s = dc_pred_value_chroma;        //===== get prediction value =http://www.mamicode.com/====        switch (block_pos[yuv][b8][b4])        {        case 0:  //===== TOP LEFT =====          {            int s0 = 0, s2 = 0;            if (mb_available_up)                   {              int pos_x = pix_c.pos_x + blk_x;              int pos_y = pix_c.pos_y;              for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)                  s0 += image[pos_y][pos_x++];            }            if (mb_available_left[0])             {              int pos_x = pix_a.pos_x;              int pos_y = pix_a.pos_y + block_y;               for (i = 0; i < BLOCK_SIZE;i++)                s2 += image[pos_y++][pos_x];            }            if (mb_available_up && mb_available_left[0])                s = (s0 + s2 + 4) >> 3;            else if (mb_available_up)                                        s = (s0 + 2) >> 2;            else if (mb_available_left[0])                                   s = (s2 + 2) >> 2;          }          break;        case 1: //===== TOP RIGHT =====          {            int s1 = 0, s2 = 0;            if (mb_available_up)            {              int pos_x = pix_c.pos_x + blk_x;              int pos_y = pix_c.pos_y;              for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)                  s1 += image[pos_y][pos_x++];            }            else if (mb_available_left[0])            {              int pos_x = pix_a.pos_x;              int pos_y = pix_a.pos_y + block_y;               for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)                  s2 += image[pos_y++][pos_x];            }            if      (mb_available_up)                     s  = (s1   +2) >> 2;            else if (mb_available_left[0])                                  s  = (s2   +2) >> 2;          }          break;        case 2: //===== BOTTOM LEFT =====          if      (mb_available_left[0])            {            int pos_x = pix_a.pos_x;            int pos_y = pix_a.pos_y + block_y;             int s3 = 0;            for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)              s3 += image[pos_y++][pos_x];            s  = (s3 + 2) >> 2;          }          else if (mb_available_up)                 {            int pos_x = pix_c.pos_x + blk_x;            int pos_y = pix_c.pos_y;            int s0 = 0;            for (i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)                s0 += image[pos_y][pos_x++];            s  = (s0 + 2) >> 2;          }          break;        case 3: //===== BOTTOM RIGHT =====          {            int s1 = 0, s3 = 0;            if (mb_available_up)                     for (i=blk_x;i<(blk_x+4);i++)                  s1 += image[pix_c.pos_y][pix_c.pos_x + i];            if (mb_available_left[0])              {              int pos_x = pix_a.pos_x;              int pos_y = pix_a.pos_y + block_y;               for (i = 0; i < BLOCK_SIZE;i++)                  s3 += image[pos_y++][pos_x];            }            if      (mb_available_up && mb_available_left[0])                s  = (s1 + s3 + 4) >> 3;            else if (mb_available_up)                                        s  = (s1 + 2) >> 2;            else if (mb_available_left[0])                                   s  = (s3 + 2) >> 2;          }          break;        }        //===== prediction =====        cur_pred = curr_mpr_16x16[DC_PRED_8];        for (j = block_y; j < block_y+4; j++)        {          for (i = block_x; i < block_x+4; i++)          {            cur_pred[j][i] = (imgpel) s;          }        }      }    }    // vertical prediction        if (mb_available_up)    {      cur_pred = curr_mpr_16x16[VERT_PRED_8];            hline = &image[pix_c.pos_y][pix_c.pos_x];      for (j=0; j<cr_MB_y; j++)        memcpy(cur_pred[j], hline, cr_MB_x * sizeof(imgpel));    }    // horizontal prediction    if (mb_available_left[0])    {      int pos_x = pix_a.pos_x;      int pos_y = pix_a.pos_y;      cur_pred = curr_mpr_16x16[HOR_PRED_8];      for (i=0; i<cr_MB_y; i++)        vline[i] = image[pos_y++][pos_x];            for (j=0; j<cr_MB_y; j++)      {        int predictor = vline[j];        for (i = 0; i < cr_MB_x; i++)                  cur_pred[j][i] = (imgpel) predictor;      }    }    // plane prediction    if (mb_available_left[0] && mb_available_up && mb_available_up_left)    {      int cr_x = (cr_MB_x >> 1);      int cr_y = (cr_MB_y >> 1);      int iaa, iv, ib, ic;      int ih = cr_x * (hline[cr_MB_x-1] - image[pix_d.pos_y][pix_d.pos_x]);            for (i = 0; i < cr_x - 1; i++)        ih += (i + 1)*(hline[cr_x + i] - hline[cr_x - 2 - i]);      iv = cr_y * (vline[cr_MB_y-1] - image[pix_d.pos_y][pix_d.pos_x]);      for (i = 0; i < cr_y - 1; i++)        iv += (i + 1) * (vline[cr_y + i] - vline[cr_y - 2 - i]);      if (cr_MB_x == 8)        ib = (17 * ih + 2 * cr_MB_x) >> 5;      else        ib = ( 5 * ih + 2 * cr_MB_x) >> 6;      if (cr_MB_y == 8)        ic = (17 * iv + 2 * cr_MB_y) >> 5;      else        ic = ( 5 * iv + 2 * cr_MB_y) >> 6;      iaa = 16 * (hline[cr_MB_x - 1] + vline[cr_MB_y - 1]);      cur_pred = curr_mpr_16x16[PLANE_8];      iaa += (1 - cr_x) * ib + (1 - cr_y) * ic;      for (j = 0; j < cr_MB_y; j++)        for (i = 0; i < cr_MB_x; i++)          cur_pred[j][i]= (imgpel) iClip1( max_imgpel_value_uv, (iaa + i * ib + j * ic + 16)>>5);    }  }  if (!p_Inp->rdopt)      // the rd-opt part does not work correctly (see encode_one_macroblock)  {                       // since ipredmodes could be overwritten => encoder-decoder-mismatches    currSlice->rdo_low_intra_chroma_decision(currMB, mb_available_up, mb_available_left, mb_available_up_left);  }}
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