利用基于帧内图片区块复制预测的视频编码方法
【专利说明】
[0001] 交叉引用
[0002] 本发明主张在2013年11月27日提出的申请号为61/909,499、名称为"Methods and apparatus for intra picture block copy partitions in video compression"的美国 临时专利申请的优先权；以及主张在2014年01月13日提出的申请号为61/926，577、名称为 "Methods and apparatus for intra picture block copy in video compression"的美 国临时专利申请的优先权。因此在全文中合并参考该些专利申请案。
技术领域
[0003]本发明是有关于利用帧内区块复制（Intra-block copy,IntraBC)模式的视频编 码，特别是有关于改进性能或简化用于屏幕内容编码或视频编码的帧内区块复制编码模式 的处理的技术。
【背景技术】
[0004] 在用于高效率视频编码（HEVC)标准的屏幕内容编码或扩展版本（range extension,RExt)的当前发展中，已采用一些工具，这些工具能够改善用于屏幕内容的编码 效率。对于帧内区块，根据现有技术的帧内预测基于自相邻区块的已重建像素利用预测而 执行。帧内预测可自帧内模式的集合中选择帧内模式，帧内模式的集合包括垂直模式、水平 模式和各种角度预测模式。对于HEVC范围扩展和屏幕内容编码来说，已使用新的帧内编码 模式，也称为帧内区块复制。帧内区块复制技术最初由Budagavi在AHG8中提出（Video coding using Intra motion compensation, Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-TSG 16WP 3and IS0/IEC JTC 1/SC 29/ffG 11,13th Meeting: Incheon，KR，18-26Apr · 2013，Document: JCTVC-M0350(在下文中记做JCTVC-M0350))。根据 JCTVC-M0350的示例如图1所示，其中当前编码单元(CU, 110)利用帧内运动补偿而编码。预 测区块（120)自当前编码单元和位移矢量（112)而定位。在此示例中，搜索区块被限制为当 前编码树单元、左侧编码树单元、左侧的左侧的编码树单元。预测区块自已重建区域而得 至 1J。然后，位移矢量，也称为运动矢量，和用于当前编码单兀的残差被编码。已知HEVC米用编 码树单元和编码单元区块结构作为用于编码视频数据的基本单元。每一个图片被分割为多 个编码树单元，以及每一个编码树单元被分割为多个编码单元。在预测期间，每一个编码单 元可被分割为多个区块，该多个区块被称为预测单元，以用于执行预测处理。在预测残差形 成以用于每一个编码单元之后，与每一个编码单元相关的残差被分割为多个区块，称为变 换单元，以应用变换(例如离散余弦变换(discrete cosine transform，DCT))。
[0005] 在JCTVC-M0350中，至少在如下方面，帧内运动补偿不同于用于帧间预测的运动补 偿。
[0006] ?运动矢量被限制为1维（即水平或垂直）以用于帧内运动补偿，而帧间预测使用2 维运动估计。
[0007] ?二值化(Binarization)为固定长度以用于帧内运动补偿，而帧间预测使用指数 哥伦布（exponential-Golomb) ο
[0008] ?帧内运动补偿引入新的语法元素以发信号指示运动矢量为水平还是垂直。
[0009] 基于 JCTVC-M0350，Pang 等在 Non-RCE3 中做了一些修改（Intra Motion Compensation with 2-D MVs,Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-T SG 16WP 3and IS0/IEC JTC 1/SC 29/ffG 11,14th Meeting:Vienna,AT,25July-2Aug. 2013，Document: JCTVC-N0256 (在下文中记做JCTVC-N0256))。首先，帧内运动补偿被 扩展以支持2维运动矢量，以使得运动矢量组分可以同时为0。对于帧内运动补偿来说，这将 比原来的方式提供更大的灵活性，其中原来的方式中运动矢量被限制为严格地水平或垂 直。
[0010] 在JCTVC-N0256中，揭示两种运动矢量编码方法：
[0011] ?方法1-运动矢量预测。左侧或上方的运动矢量被选择作为运动矢量预测子，以 及结果运动矢量差值(motion vector difference，MVD)被编码。一个标志用于指示运动矢 量差值是否为〇。当运动矢量差值不为〇,则指数哥伦布编码的第三位指数被使用以编码运 动矢量差值的剩余绝对水平。另一个标志被使用以编码这个迹象。
[0012] ?方法2:无运动矢量预测。使用用于HEVC中的运动矢量差值的指数哥伦布码，编 码运动矢量。
[0013]在JCTVC-NO 256中揭示的其他差异是，2维帧内运动补偿被进一步与管线 (pipeline)友好的方式结合：
[0014] 1.不使用插值滤波器，
[0015] 2.运动矢量搜索区域被限制。分两种情况进行讨论：
[0016] a搜索区域为当前编码树单元和左侧编码树单元或者
[0017] b搜索区域为当前编码树单元和左侧编码树单元的最右边4列采样。
[0018] 在JCTVC-N0256中提出的各种方法之间，2维帧内运动补偿，移除插值滤波器、以及 搜索区域被限制为当前编码树单元和左侧编码树单元，已在新版本标准草案中被采用。对 应于JCTVC-N0256的编码单元级语法已包含于高效视频编码范围扩展文本规范：草案4 (RExt Draft 4)中（Flynn,et al.,Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-T SG 16WP 3and IS0/IEC JTC 1/SC 29/ffG 11,14th Meeting:Vienna,AT, 25July-2Aug.2013，Document: JCTVC-N1005)。如表1所示，编码单元级语法采用于草案4中。
[0019] 表1
[0021 ]如表 1 所示，如注解（1-1)所示的测试 "if (intra_block_copy_enabled_f lag)" 被 执行。若如intra_block_copy_enabled_f lag指示帧内区块复制被使能，帧内区块复制标志 (即，；[111：抑_130_；^38|^0][70])被包含。语法元素；[111：抑_130_；^38指示相关的区块是否在帧 内区块复制模式中被编码。如注解(1-2)所示，检查当前区块是否不在帧内区块复制模式中 被编码（即，if( !intra_bc_flag[xO][yO])，以及若在帧内区块复制模式中区块不被编码， 则根据在注解（1-3)和（1-4)中的测试，包含pred_mode_f lag和part_mode。语法元素 pred_ mode_flag等于0指定当前编码单元为在帧间预测模式中被编码。语法元素 pred_mode_flag 等于1指定当前编码单元为在帧内预测模式中被编码。语法元素 part_mode指定当前编码单 兀的分割模式。
[0022]帧内区块复制方法的另一个变化，称为基于线(Line-based)的帧内区块复制，已 被 Chen 等在 AHG8 中揭不（Line-based Intra Block Copy ,Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-T SG 16WP 3and IS0/IEC JTC 1/SC 29/ffG 11JCTVC-00205，15th Meeting: Geneva，CH，230ct · - INov · 2013，Document: JCTVC-00205 (在下文中称 为JCTVC-00205))。图2A和图2B描述了在JCTVC-00205中揭示的基于线的帧内区块复制方 法，其中2Nx2N编码单元被平分为大小为Mx2N(图2A)或2NxM(图2B)的多个区块分割。已分割 为区块被视为线（line)，以及M为2的整数次幂并且M小于2N。对于每一条线，像素以同样的 方式被预测为原始的帧内区块复制，以下除外：（1)区块的大小为Mx2N或2NxM，以及(2)大小 为Mx2N和2NxM的区块分别被限制为仅