HEVC/H.265理论知识（3）—

一、帧内预测，利用当前图像内已经编码的像素生成预测值

二、生成预测值之后，和原始的值相减，得到残差，后续的变换量化等操作就是基于残差进行处理的

三、帧内预测的大致流程是这样的

（1）遍历所有的预测模式，得到每种模式下的残差信号，再对残差信号进行Hadamard变换计算SATD值

（2）利用SATD值计算每种预测模式的率失真代价，选取率失真代价最小的几种模式（与PU大小相关）为预测模式集

（3）将已编码相邻块的预测模式补充到预测模式集中

（4）遍历模式集合中的所有模式，并对残差信号进行正常编码（熵编码），计算率失真代价

（5）选取最优的预测模式作为该PU的最优模式

（6）当亮度块的模式确定之后，把该模式以及DC、planar、水平方向模式、垂直方向模式作为色度块的候选模式，选取最优的模式即可

四、HEVC的帧内预测

1、支持五种大小的PU（PU就是预测单元，由CU分割得来）：4x4~64x64

2、每一种PU都有35种预测模式，包括planar模式（模式0），DC模式（模式1）和33种角度模式，模式2~17是水平类模式，模式18~34称为垂直类模式

3、HEVC的PU会参考右上角、上面、左上角、左边、左下角的相邻块的边界像素（但是不一定全部都参考）

4、planar模式把水平和垂直方向上的平均值作为当前像素的预测值；DC模式适用于大面积的平坦区域

5、亮度模式的预测

（1）先用率失真优化的方式选取几个代价小的模式作为预测模式集

（2）利用相邻块的预测模式来对当前块的模式进行预测，得到若干模式（存放在candList中），然后添加到预测模式集中

①假设当前块的左边是A，上面的是B

②如果modeA==modeB

a）modeA和modeB都是planar或者DC模式，那么candList[0] =planar，candList[1]=DC，candList[2]=26

b）modeA和modeB都是角度模式，那么，candList[0]=modeA，candList[1]和candList[2]等于modeA相邻的两个模式

③如果modeA！=modeB，那么candList[0]=modeA，candList[1]=modeB，candList[2]则要分几种情况

a）modeA和modeB都不是planar模式，那么candList[2]=planar

b）当a）不满足，而且modeA和modeB都不是DC模式，那么candList[2]=DC

c）当a）和b）不满足，candList[2]=26

（3）遍历预测模式集，获取最优的模式（假设为modeC），需要进行下面一些处理：

①如果modeC在candList中出现（就是说最优模式modeC是candList的成员），那么只需编码modeC在candList中的位置即可

②如果modeC不在candList中出现，那么按照下面的步骤编码modeC

a）把candList中的模式按照从小到大的顺序重新排序

b）遍历candList的元素，分别与modeC比较，如果modeC >=candList[i]，那么modeC自减1

c）对modeC的值进行编码

6、色度模式的预测

（1）色度模式的候选模式是：planar模式，DC模式、水平模式、垂直模式，对应的亮度分量的模式

（2）调整模式：如果对应的亮度分量的模式和（planar，DC、水平、垂直）这几种模式中的一个重复了，那么把对应亮度分量模式改成模式34

（3）遍历候选的模式，选出最优的模式，然后直接对色度分量的模式的编号进行编码（会经过一定的判断和调整，细节就不说了）。附色度分量的模式的编号：

模式0：planar

模式1：垂直模式（即角度模式26）

模式2：水平模式（即角度模式10）

模式3：:DC模式

模式4：对应亮度分量模式

四、实现技术

1、理论上预测模式是在PU的基础上定义的，但是实际的实现中是以TU为单位的，因为PU可以按照四叉树的方式划分成为TU。但是呢，一个PU内的所有TU都是用同一个预测模式（因此实际上还是相当于以PU即单位进行的）

2、判断当前TU相邻参考像素是否可以使用，然后做相应的处理

（1）slice（或者tile）的帧内参考是不能跨越slice边界的，因此处于slice边界的TU的某些参考像素是不可用的

（2）当某些参考像素不可用时，HEVC会使用最邻近的像素进行填充；如果所有的参考像素都不可用，那么使用固定值填充，即把所有的参考值填充为某一个固定值，固定值R=1<<(BitDepth - 1)

3、对参考像素进行滤波

（1）滤波的目的是为了更好利用邻近像素之间的相关性，提高预测精度

（2）针对不同大小的TU选择不同数量的模式进行滤波（所谓滤波就是，如果当前TU选择了某一个模式进行预测，那么需要判断，对于该模式，是否需要对参考像素进行滤波）

①DC模式和以及4x4大小的TU不需要进行滤波

②32x32的TU：除了水平模式（模式10）和垂直模式（模式26），其他模式都需要进行滤波

③16x16的TU：在32x32TU的基础上去除最接近水平和垂直方向的4个模式——模式9、模式11、模式25、模式27

④8x8的TU：仅对3个45度的模式（模式2,18,34）以及planar模式进行滤波

（3）常规滤波，有一个计算的公式，不细讲

（4）强滤波，这是HEVC新增的一个滤波方法，不细讲

4、根据滤波后的参考像素计算当前TU的预测像素值，反正就是根据一些公式计算出预测值

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