H.266/VVC专栏传送
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前言
VTM是H.266/VVC视频编码标准的参考软件，研究VTM代码给研究人员解释了VVC编码标准的详细标准规范与细节。
本文是笔者对VTM代码的一点学习记录，成文于笔者刚开始接触VVC期间，期间很多概念和理论框架还很不成熟，若文中存在错误欢迎批评指正，也欢迎广大视频编码学习者沟通交流、共同进步。
VTM代码的下载及编译请参考博文：
【视频编码学习】H.266/VVC参考软件VTM配置运行(VTM-6.0版本)
本文涉及的代码主要存在于工程下的Lib\DecoderLib\DecCu.cpp文件中。
一、xIntraRecBlk函数完成指定TU的指定分量的帧内重建
该函数入口在上一篇博客的xIntraRecQT函数中
void DecCu::xIntraRecBlk( TransformUnit& tu, const ComponentID compID )
{
//如果当前TU的指定分量无效（不满足色度采样模式有效，且当前分量ID有效，且当前块的尺寸不为0），则返回
if( !tu.blocks[ compID ].valid() )
{
return;
}
//当前编码结构
CodingStructure &cs = *tu.cs;
//当前区域
const CompArea &area = tu.blocks[compID];
//当前通道类型LUMA or CHROMA
const ChannelType chType = toChannelType( compID );
//对应位置预测缓存
PelBuf piPred = cs.getPredBuf( area );
//对应PU
const PredictionUnit &pu = *tu.cs->getPU( area.pos(), chType );
//帧内预测模式
const uint32_t uiChFinalMode = PU::getFinalIntraMode( pu, chType );
//解码缓存
PelBuf pReco = cs.getRecoBuf(area);
//===== init availability pattern =====
//预测尺寸和变换尺寸是否不同。当前为Y分量，且ISP模式为垂直划分，且((w == 8 && h > 4) 或 w == 4)时，预测尺寸和变换尺寸不同
bool predRegDiffFromTB = CU::isPredRegDiffFromTB(*tu.cu, compID);
//是否当前使用ISP模式，且TB为第一块TB
bool firstTBInPredReg = CU::isFirstTBInPredReg(*tu.cu, compID, area);
//预测区域
CompArea areaPredReg(COMPONENT_Y, tu.chromaFormat, area);
//若使用ISP且当前为LUMA块
if (tu.cu->ispMode && isLuma(compID))
{
//若预测尺寸与变换尺寸不同
if (predRegDiffFromTB)
{
//若当前TB第一次进行预测
if (firstTBInPredReg)
{
//调整预测区域，将CU尺寸为4xN and 8xN (N > 4)的块的ISP预测区域改为4xN
CU::adjustPredArea(areaPredReg);
//初始化ISP下的帧内预测（设置帧内预测参数，并获取参考像素、进行参考像素滤波）
m_pcIntraPred->initIntraPatternChTypeISP(*tu.cu, areaPredReg, pReco);
}
}
//若预测尺寸与变换尺寸相同
else
{
//初始化ISP下的帧内预测（设置帧内预测参数，并获取参考像素、进行参考像素滤波）
m_pcIntraPred->initIntraPatternChTypeISP(*tu.cu, area, pReco);
}
}
//不使用ISP或当前为CHROMA块
else
{
//初始化帧内预测（设置帧内预测参数，并获取参考像素、进行参考像素滤波）
m_pcIntraPred->initIntraPatternChType(*tu.cu, area);
}
//===== get prediction signal =====
//===== 得到预测信号 =====
//当前为色度分量，且为CCLM模式（67-69）
if( compID != COMPONENT_Y && PU::isLMCMode( uiChFinalMode ) )
{
//当前CU的第一个PU
const PredictionUnit& pu = *tu.cu->firstPU;
//对重构的亮度块根据YUV格式进行相应的下采样
m_pcIntraPred->xGetLumaRecPixels( pu, area );
//通过线性映射得到色度分量预测值
m_pcIntraPred->predIntraChromaLM( compID, piPred, pu, area, uiChFinalMode );
}
//不是色度分量，或不为CCLM模式
else
{
//如果是MIP模式
if( PU::isMIP( pu, chType ) )
{
//获取参考像素并进行相应下采样
m_pcIntraPred->initIntraMip( pu, area );
//将输入向量与对应矩阵相乘，需要上采样时进行上采样，得到MIP预测结果
m_pcIntraPred->predIntraMip( compID, piPred, pu );
}
//如果不是MIP模式
else
{
//若预测尺寸与变换尺寸不同
if (predRegDiffFromTB)
{
//使用ISP模式且当前TB为第一块
if (firstTBInPredReg)
{
//预测区域缓存
PelBuf piPredReg = cs.getPredBuf(areaPredReg);
//根据不同模式进行预测，需要时使用PDPC
m_pcIntraPred->predIntraAng(compID, piPredReg, pu);
}
}
//预测尺寸与变换尺寸相同时
else
//根据不同模式进行预测，需要时使用PDPC
m_pcIntraPred->predIntraAng(compID, piPred, pu);
}
}
const Slice &slice = *cs.slice;
//LMCS可用，且当前为帧内模式或不为帧内模式但CTUFlag有效
bool flag = slice.getLmcsEnabledFlag() && (slice.isIntra() || (!slice.isIntra() && m_pcReshape->getCTUFlag()));
//flag有效，且LmcsChromaResidualScaleFlag有效，且当前不为亮度分量，且使用JCCR时
if (flag && slice.getPicHeader()->getLmcsChromaResidualScaleFlag() && (compID != COMPONENT_Y) && (tu.cbf[COMPONENT_Cb] || tu.cbf[COMPONENT_Cr]))
{
const Area area = tu.Y().valid() ? tu.Y() : Area(recalcPosition(tu.chromaFormat, tu.chType, CHANNEL_TYPE_LUMA, tu.blocks[tu.chType].pos()), recalcSize(tu.chromaFormat, tu.chType, CHANNEL_TYPE_LUMA, tu.blocks[tu.chType].size()));
const CompArea &areaY = CompArea(COMPONENT_Y, tu.chromaFormat, area);
//求得LMCS中基于亮度的色度残差缩放的scale
int adj = m_pcReshape->calculateChromaAdjVpduNei(tu, areaY);
//保存scale
tu.setChromaAdj(adj);
}
//===== inverse transform =====
//===== 反变换 =====
//获取残差缓存
PelBuf piResi = cs.getResiBuf( area );
const QpParam cQP( tu, compID );
//使用JCCR且当前为色度分量
if( tu.jointCbCr && isChroma(compID) )
{
//若当前为Cb分量
if( compID == COMPONENT_Cb )
{
//获取Cr残差缓存
PelBuf resiCr = cs.getResiBuf( tu.blocks[ COMPONENT_Cr ] );
//jointCbCr > 1
if( tu.jointCbCr >> 1 )
{
//反变换得到联合色度残差放入Cb
m_pcTrQuant->invTransformNxN( tu, COMPONENT_Cb, piResi, cQP );
}
//jointCbCr <= 1
else
{
const QpParam qpCr( tu, COMPONENT_Cr );
//反变换得到联合色度残差放入Cr
m_pcTrQuant->invTransformNxN( tu, COMPONENT_Cr, resiCr, qpCr );
}
//根据联合色度残差得到Cb和Cr的值
m_pcTrQuant->invTransformICT( tu, piResi, resiCr );
}
}
//不使用JCCR，或当前为亮度分量
else
//code block flag不为0
if( TU::getCbf( tu, compID ) )
{
//直接得到当前分量反变换值
m_pcTrQuant->invTransformNxN( tu, compID, piResi, cQP );
}
//code block flag为0
else
{
//反变换值直接填0
piResi.fill( 0 );
}
//===== reconstruction =====
//===== 重建 =====
//flag有效（LMCS可用，且当前为帧内模式或不为帧内模式但CTUFlag有效），且TU的宽×高 > 4
flag = flag && (tu.blocks[compID].width*tu.blocks[compID].height > 4);
//若flag有效，且code block flag不为0 或 使用JCCR，且当前为色度块，且LmcsChromaResidualScaleFlag有效
if (flag && (TU::getCbf(tu, compID) || tu.jointCbCr) && isChroma(compID) && slice.getPicHeader()->getLmcsChromaResidualScaleFlag())
{
//通过scale将色度残差缩放
piResi.scaleSignal(tu.getChromaAdj(), 0, tu.cu->cs->slice->clpRng(compID));
}
//若当前块不使用ISP，或当前为色度块
if( !tu.cu->ispMode || !isLuma( compID ) )
{
//设置当前区域已解码完成
cs.setDecomp( area );
}
//当前块使用ISP，且是亮度分量，且当前块是ISP的第一块
else if( tu.cu->ispMode && isLuma( compID ) && CU::isISPFirst( *tu.cu, tu.blocks[compID], compID ) )
{
//设置当前区域已解码完成
cs.setDecomp( tu.cu->blocks[compID] );
}
#if REUSE_CU_RESULTS
CompArea tmpArea(COMPONENT_Y, area.chromaFormat, Position(0, 0), area.size());
PelBuf tmpPred;
#endif
//若LMCS使能标志有效，且CTU标志有效 或 为帧内模式，且当前为LUMA分量
if (slice.getLmcsEnabledFlag() && (m_pcReshape->getCTUFlag() || slice.isIntra()) && compID == COMPONENT_Y)
{
//若再次使用CU结果
#if REUSE_CU_RESULTS
{
tmpPred = m_tmpStorageLCU->getBuf(tmpArea);
//将预测值copy一份至tmpPred
tmpPred.copyFrom(piPred);
}
#endif
}
//保持预测和残差信号
#if KEEP_PRED_AND_RESI_SIGNALS
//利用预测和残差信号重建，将重建结果放至pReco
pReco.reconstruct( piPred, piResi, tu.cu->cs->slice->clpRng( compID ) );
//不保持预测和残差信号
#else
//利用预测和残差信号重建，将重建结果覆盖piPred
piPred.reconstruct( piPred, piResi, tu.cu->cs->slice->clpRng( compID ) );
#endif
//若不保持预测和残差信号
#if !KEEP_PRED_AND_RESI_SIGNALS
//将重建结果从piPred复制到pReco
pReco.copyFrom( piPred );
#endif
//若LMCS使能标志有效，且CTU标志有效 或 为帧内模式，且当前为LUMA分量
if (slice.getLmcsEnabledFlag() && (m_pcReshape->getCTUFlag() || slice.isIntra()) && compID == COMPONENT_Y)
{
//若再次使用CU结果
#if REUSE_CU_RESULTS
{
//piPred保存原始预测信息
piPred.copyFrom(tmpPred);
}
#endif
}
//若再次使用CU结果
#if REUSE_CU_RESULTS
//将当前重建值和预测值记录
if( cs.pcv->isEncoder )
{
cs.picture->getRecoBuf( area ).copyFrom( pReco );
cs.picture->getPredBuf(area).copyFrom(piPred);
}
#endif
}
二、一些解释
（1）ISP中变换尺寸和预测尺寸不同的情况
这种情况的单独处理是在O0106提案中提出的：
In previous meetings and in the JVET reflector, some experts have raised concerns regarding the handling of 1xN and 2xN subblocks of ISP. It has been mentioned that dependence of 1xN/2xN subblocks on the reconstructed values of preceding 1xN/2xN subblocks of the coding block may result in implementation issues. There was expressed desire to remove this reconstruction dependence.
在以前的会议中，一些专家对ISP的1xN和2xN子块的处理提出了担忧。 已经提到，1×N / 2×N个子块对编码块的先前1×N / 2×N个子块的重构值的依赖性可能导致实现问题。 有人表示希望消除这种重建依赖。
The proposed test removes the dependence of 1xN/2xN subblock prediction on the reconstructed values of previously decoded 1xN/2xN subblocks of the coding block; the minimum width of prediction for subblocks is proposed to be set as four samples. There is no change in the transform block sizes. Figure 1 shows how an 8xN (N > 4) coding block that is coded using ISP with vertical split is split into two prediction regions each of size 4xN and four transforms of size 2xN. Figure 2 shows how a 4xN coding block that is coded using ISP with vertical split is predicted using the full 4xN block; four transform each of 1xN is used.
提案提出的测试消除了1xN / 2xN子块预测对编码块先前解码的1xN / 2xN子块的重构值的依赖性； 建议将子块的最小预测宽度设置为四个采样值。变换块大小没有变化。图1显示了如何将使用垂直分割的ISP编码的8xN（N> 4）编码块拆分为两个大小分别为4xN的预测区域和四个大小为2xN的变换区域。 图2显示了如何将具有垂直分割ISP编码的4xN编码块完整地用于预测；而使用4个1xN变换区域。
下表总结了用于预测和变换大小的提案建议分区大小；对于其他块大小，预测和变换大小与当前为ISP定义的大小相同。 VTM-5.0的更改以黄色突出显示。
（2）JCCR（Joint coding of chroma residuals 色度联合残差编码）
JCCR主要由TU层的两个标志：tu.cbf[COMPONENT_Cb] 和 tu.cbf[COMPONENT_Cr] 控制，是利用Cb和Cr的残差往往在实际过程中呈现一定的关系。
如下表所示，JCCR模式有3个子模式，由tu.cbf[COMPONENT_Cb] 和 tu.cbf[COMPONENT_Cr] 控制。
| tu.cbf[COMPONENT_Cb] | tu.cbf[COMPONENT_Cr] | reconstruction of Cb and Cr residuals | mode |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 | resCB[x][y]=resJointC[x][y] resCr[x][y]=(CSign*resJointC[x][y])>>1 | 1 |
| 1 | 1 | resCB[x][y]=resJointC[x][y] resCr[x][y]=CSign*resJointC[x][y] | 2 |
| 0 | 1 | resCB[x][y]=(CSign*resJointC[x][y])>>1 resCr[x][y]=resJointC[x][y] | 3 |
（3）LMCS（Luma mapping with chroma scaling / in-loop reshaper）
LMCS位于去方块滤波前，该技术用于SDR、HDR视频中。LMCS主要分为两部分：基于自适应分段线性模型的环内亮度映射、基于亮度的色度残差缩放。
xIntraRecBlk函数代码涉及到的LMCS内容是基于亮度的色度残差缩放部分，利用函数calculateChromaAdjVpduNei获取色度残差的缩放scale，利用函数scaleSignal完成对色度残差的缩放。
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