AVC/HEVC/VVC/AV1 块划分、帧内预测过程及预测模式编码

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块划分方式：

H264：
    编码的基本单元为宏块：
    预测单元：对于luma，4*4的块有9中种预测模式；16*16的块有4种预测模式。
              对于chroma：8*8：4种预测模式。

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H265
    对于luma：划分为正方形的块，4*4、8*8、16*16、32*32、64*64，每种块都有35种预测模式（Planar(0) + DC(1) + 33种角度）
    而对于PU，可以以四叉树方式进一步划分为TU，一个PU内的所有TU共用一种预测模式。

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H266：

    VVC采用混合树的方式划分，即：二叉树、三叉树、四叉树。所以划分后会出现矩形，而HEVC全都为正方形。最大128x128，最小尺寸还是4x4。
    划分步骤：
    
        一个CTU首先进行四叉树划分，即可以不划分，也可以是4个相同的子块。然后在四叉树的叶子节点通过二叉树或者三叉树
    进一步划分，二叉树和三叉树可以交替进行划分，但是，二叉树和三叉树不能与四叉树交替使用。
        
        在HEVC中I、P、B三种图像的亮度和色度共享相同的划分结构，但在VVC中，允许I帧的亮度和色度的块划分方式不同。
        
    划分方式多种多样，允许混合树及二叉树、三叉树的划分，使得最终的块可能不是正方形，也有可能是矩形。
    
    总的预测模式有67种【Planar(0) + DC(1) + 65种角度】

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AV1：

VP9支持四种划分方式：

AV1：LCU：128*128。划分方式：4分区、3分区（T型分区）、2分区。对于8*8块，不进行4分区和3分区划分。共10种

编码块(深度最多为2级) 划分为 变换块：共19种大小：

0    TX_4X4        4x4 transform
1    TX_8X8        8x8 transform
2    TX_16X16    16x16 transform
3    TX_32X32    32x32 transform
4    TX_64X64    64x64 transform
5    TX_4X8        4x8 transform
6    TX_8X4        8x4 transform
7    TX_8X16       8x16 transform
8    TX_16X8        16x8 transform
9    TX_16X32    16x32 transform
10    TX_32X16    32x16 transform
11    TX_32X64    32x64 transform
12    TX_64X32    64x32 transform
13    TX_4X16       4x16 transform
14    TX_16X4        16x4 transform
15    TX_8X32        8x32 transform
16    TX_32X8        32x8 transform
17    TX_16X64    16x64 transform
18    TX_64X16    64x16 transform
       以光栅扫描的方式对TU进行编码（从左到右，从上到下）。帧内TU划分：亮度：最大64*64---最小4*4，色度：TU与CU相同大小。  

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预测模式及计算方法：

AVC：不同划分有不同的预测模式。

HEVC：共35种预测模式：planar(0) + DC(1) + 33种角度预测

VVC：共67种预测模式：Planar(0) + DC(1) + 65种角度预测(HEVC的基础上，每两个角度模式中间加一种)

Planar：当前像素点在水平、垂直方向对应的参考像素a和b、参考像素左下c、参考像素右上d，四个像素的加权平均，权值与距离相关。

DC：上边和左边参考像素的均值。HEVC和AVC一样，VVC则要考虑矩形块的情况，但使用的参考像素都只有上边和左边的像素。

角度预测计算方法：

HEVC：在当前块内的像素被映射到参考像素之后，用最邻近的两个参考像素通过线性插值来生成预测像素值。

VVC：对于靠近水平和垂直方向的方向预测，采用4-tap Cubic 插值滤波器来更好的保留图像的边缘信息，对于靠近对角线方向的方向预测，采用4-tap Gaussian 插值滤波器来生成更加平滑的预测图像。

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AV1：
    VP9支持10种帧内预测模式，8个方向（45°~207°） + DC + True Motion（TM）模式。
    AV1：

    1、定向帧内预测：即56个方向预测，由VP9的8个主方向引申出56个方向，每个主方向引申为7个方向，左右各三个，以3°为步长递增。模式编码：对主方向索引和角度增量索引编码，主方向编码在前。
   2、帧内非方向预测：

        1）Smooth模式：smooth_v、smooth_H、smooth。smooth模式使用垂直或水平方向上的二次插值或其平均值进行预测。二次内插中使用的样本包括：右上、上、左、左下的重建值。

        2）peath模式 （取代了TM模式）：预测值使用上、左和左上三个方向的值进行预测。

        3、基于递归滤波的帧内预测器：为了捕获边缘参考块的衰减空间相关性，将亮度块看做二维的马儿可夫过程。为AV1设计了5个滤波器帧内预测模式。每个模式由一组8个7抽头滤波器表示，反映了4*2子块中的像素与相邻的7个相邻像素之间的相关性。将不同的滤波器应用于位于4×2子块内不同坐标处的样本。可以在单元4x2子块中递归地完成预测过程，这意味着为    一个4x2预测块生成的预测样本可用于预测另一个4x2子块。
        4）从亮度预测的色度（CFL）：色度的帧内预测器。通过以重建后亮度像素的线性函数建模得到色度像素。将速度像素建模为重合的重构亮度像素的线性函数。重建的亮度像素被二次采样为色度分辨率，然后去除直流分量，形成交流分量。为了从交流分量中估计色度的交流分量，而不是像某些现有技术那样要求解码器提供缩放参数，AV1CfL根据原始色度像素确定参数并在比特流中用信号发送。
        5）调色板作为预测指标：有时，尤其是对于诸如屏幕截图和游戏之类的人造视频，可以用少量唯一颜色的近似块来替代。
        6）帧内块拷贝：AV1允许其帧内编码器参考同一帧中先前重建的块，其方式类似于帧间编码器引用前一帧中块的方式，这对于通常包含重复纹理的屏幕内容视频非常有用。

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预测模式编码：

AVC：根据左测和上测块的预测模式的相关性，计算当前块的预测模式。根据两个语法元素编码。

HEVC：根据左侧和上侧的参考像素的预测模式建立MPM。列表长度为3。如果当前块的预测模式在MPM中，则编码MPM的索引值，否则，直接使用5bit编码预测模式索引。

VVC：MPM的列表长度扩展为6。由于Planar模式使用概率很高，VVC的MPM列表的首位为Planar模式。默认的6个MPM：{A, Planar (0) or DC (1), Vertical (50), HOR (18), VER - 4 (46), VER + 4 (54)}。再根据相邻帧内预测模式：当前块左方的编码块A和上方的编码块B的预测模式，修改MPM

HEVC对色度模式的编码：

        共5种预测模式：Planar、垂直、水平、DC和对应亮度分量预测模式。如果亮度分量预测模式为前四种（Planar、垂直、水平、DC）中的一种，则预测模式替换为角度预测模式34。直接对色度模式编码进行编码。

VVC对色度的预测：在色度的预测过程中，H.266/VVC 添加了新的预测技术，称为跨分量线性模型预测（Cross-component linear model prediction，CCLM）。该技术的基本思想是使用当前块的重建亮度值，通过一个线性模型预测得到色度分量的预测。

最后

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