[发明专利]基于亮度模板匹配的色度分量预测方法

说明书

本发明从HEVC标准算法在色度帧内预测时没有充分利用色度分量与亮度分量之间的相关性，存在冗余入手，公开了一种基于亮度模板匹配的色度分量预测方法。针对当前待预测的色度块，首先利用其重建的同位亮度块在亮度平面中执行模板匹配，找到最佳预测候选块；在将最佳候选亮度块的同位色度块作为当前色度块的候选块；最后通过对候选块的自适应加权融合得到最终的预测块。本发明公开的色度帧内预测优化方法，相比于HEVC编码标准，在不明显降低亮度分量编码性能的前提下，提升了色度分量的率失真性能，从而提升了帧内预测编码的编码性能。

技术领域

本发明涉及视频编码领域中的帧内编码优化技术问题，尤其是涉及一种基于亮度模板匹配的HEVC色度分量帧内预测的方法。

背景技术

随着人们对视频质量的要求日渐提高，高清和超高清分辨率视频越来越重要，新的视频类型及应用也开始出现在人们的生活中，同时视频数据量也在持续增加，给各种终端设备的存储能力和网络的传输能力均带来了巨大的挑战。为了有效地存储和传输数字视频，基于现有的视频编码标准，如何进一步提高视频编码的性能是一个值得深入研究和探讨的问题。基于此，ISO和ITU-T联合成立的视频编码小组JCT-VC提出了高性能视频压缩标准HEVC，其在H.264的基础上压缩效率提高了一倍。而在视频压缩编码标准中，帧内编码作为核心模块之一，优化其编码性能不仅在帧内预测模式下具有重要意义，更可在帧间预测时提供更为准确的参考帧。因此，如何有效地对帧内预测进行优化具有重要的意义，有利于整个视频编码性能的提升。

目前，YCbCr(或YUV)格式被广泛应用于主流的视频编码标准HEVC中。尽管从原始的RGB格式转换到YCbCr格式大大降低了各分量间的冗余，在YCbCr格式中各个分量间仍存在较高的冗余，针对色度分量预测的改进存在较大空间。在HEVC中，YUV4:2:0视频中色度分量的编码在某种程度上与亮度分量无关，忽略了各分量间的相关性。

鉴于HEVC帧内预测编码中亮度分量和色度分量相对独立的编码，忽略了其相关性，存在冗余。为了充分利用亮度分量和色度分量之间的相关性，减少亮度分量与色度分量之间的冗余，提升编码性能，本课题组进行探索研究，通过在亮度平面内进行模板匹配，利用重建的亮度分量来帮助色度分量帧内预测的优化，以此来减少亮度分量和色度分量之间的冗余，在不明显降低亮度分量编码性能的前提下，提升色度分量的编码性能，这正是本发明的任务所在。

发明内容

针对HEVC帧内预测编码时各个颜色平面进行独立编码，没有充分利用亮度分量和色度分量间的相关性的特点，本发明旨在提出一种性能更高的HEVC色度分量帧内预测的优化方法。该方法是HEVC色度分量帧内预测时，通过在亮度平面内进行模板匹配，利用重建的亮度分量来帮助色度分量帧内预测的优化，以此来减少亮度分量和色度分量之间的冗余，从而达到在不明显降低亮度分量编码性能的前提下，提升色度分量的编码性能。

目前，YCbCr(或YUV)格式被广泛应用于主流的视频编码标准中。尽管从原始的RGB格式到YCbCr格式的转换大大降低了各个分量之间的冗余，在YCbCr格式中各个分量仍然存在较高冗余。HEVC假定每个颜色平面是进行独立编解码的，因此，亮度和色度平面之间的相关性将被忽略，并没有充分利用。因此，本发明的基本思想是利用亮度分量和色度分量之间的相关信息，利用重建的亮度分量来帮助色度分量帧内预测，从而提升色度分量的编码性能，进一步提高HEVC帧内预测编码的性能。

本发明专利针对HEVC色度分量帧内预测，提出了一种对色度分量帧内预测的优化方法。在进行色度分量帧内预测时，针对当前待预测的色度块，首先利用其重建的同位亮度块在亮度平面中进行模板匹配，寻找到最佳的预测候选块，再将最佳候选亮度块的同位色度块作为当前色度块的候选块，最后通过对候选块的自适应加权融合得到最终的预测块，具体包括以下过程步骤：