4.2 模式信息解码

作者：chai51
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引言

模式信息解码是帧内预测的关键步骤，它从比特流中解析出预测模式、角度信息等参数，为后续的预测生成提供必要的配置信息。本文详细介绍AV1帧内预测的模式信息解码过程。

源码说明: 本文档基于作者自己编写的AV1解码器Python实现，所有代码示例和实现细节均来自实际可运行的源码。源码仓库：GitHub - av1_learning

模式信息解码

关键帧中的模式信息解码

位置: src/tile/tile_group.py - __intra_frame_mode_info()

规范文档: 5.11.21 Intra frame mode info syntax

解码流程

IntraBC模式检查
```
if frame_header.allow_intrabc:
    tile_group.use_intrabc = read_S(av1, 'use_intrabc')
```
- 如果 allow_intrabc == 1，解码 use_intrabc
- 如果使用IntraBC，则按帧间模式处理（但使用当前帧作为参考）
亮度模式解码
```
intra_frame_y_mode = Y_MODE(read_S(av1, 'intra_frame_y_mode'))
tile_group.YMode = intra_frame_y_mode
```
- 支持的亮度模式包括：
  - 方向模式：V_PRED, H_PRED, D45_PRED, D135_PRED, D117_PRED, D153_PRED, D63_PRED, D207_PRED
  - DC_PRED
  - SMOOTH_PRED, SMOOTH_V_PRED, SMOOTH_H_PRED
  - PAETH_PRED
角度信息解码
```
self.__intra_angle_info_y(av1)
```
- 解码 angle_delta_y（亮度角度增量）
- 用于微调方向预测的角度

色度模式解码（如果有色度）

if HasChroma:
    uv_mode = Y_MODE(read_S(av1, 'uv_mode'))
    tile_group.UVMode = uv_mode
    if tile_group.UVMode == Y_MODE.UV_CFL_PRED:
        self.__read_cfl_alphas(av1)
    self.__intra_angle_info_uv(av1)

调色板模式信息

if (tile_group.MiSize >= SUB_SIZE.BLOCK_8X8 and
    Block_Width[tile_group.MiSize] <= 64 and
    Block_Height[tile_group.MiSize] <= 64 and
    frame_header.allow_screen_content_tools):
    self.__palette_mode_info(av1)

滤波器内模式信息
```
self.__filter_intra_mode_info(av1)
```

帧间帧中的帧内块模式信息解码

位置: src/tile/tile_group.py - __intra_block_mode_info()

规范文档: 5.11.22 Intra block mode info syntax

解码流程

设置参考帧

tile_group.RefFrame[0] = REF_FRAME.INTRA_FRAME
tile_group.RefFrame[1] = REF_FRAME.NONE

亮度模式解码

y_mode = Y_MODE(read_S(av1, 'y_mode'))
tile_group.YMode = y_mode

角度信息解码
```
self.__intra_angle_info_y(av1)
```

色度模式解码（如果有色度）

if HasChroma:
    uv_mode = Y_MODE(read_S(av1, 'uv_mode'))
    tile_group.UVMode = uv_mode
    if tile_group.UVMode == Y_MODE.UV_CFL_PRED:
        self.__read_cfl_alphas(av1)
    self.__intra_angle_info_uv(av1)

调色板和滤波器内模式（与关键帧类似）

角度信息解码

角度信息用于微调方向预测的角度，提高预测精度。AV1支持对亮度和色度分别解码角度增量。

亮度角度信息解码

位置: src/tile/tile_group.py - __intra_angle_info_y()

规范文档: 5.11.42 Intra angle info luma syntax

解码条件

块尺寸 >= 8x8
模式是方向模式（is_directional_mode(YMode)）

解码过程

if (tile_group.MiSize >= SUB_SIZE.BLOCK_8X8 and 
    is_directional_mode(tile_group.YMode)):
    angle_delta_y = read_S(av1, 'angle_delta_y')
    tile_group.AngleDeltaY = angle_delta_y - MAX_ANGLE_DELTA

角度增量范围：-MAX_ANGLE_DELTA 到 MAX_ANGLE_DELTA，用于微调基础角度。

色度角度信息解码

位置: src/tile/tile_group.py - __intra_angle_info_uv()

规范文档: 5.11.43 Intra angle info chroma syntax

解码条件

块尺寸 >= 8x8
色度模式是方向模式（is_directional_mode(UVMode)）

解码过程

if (tile_group.MiSize >= SUB_SIZE.BLOCK_8X8 and 
    is_directional_mode(tile_group.UVMode)):
    angle_delta_uv = read_S(av1, 'angle_delta_uv')
    tile_group.AngleDeltaUV = angle_delta_uv - MAX_ANGLE_DELTA

角度计算

在预测过程中，最终角度计算为：

pAngle = Mode_To_Angle[mode] + angleDelta * ANGLE_STEP

其中：

Mode_To_Angle[mode] 是模式对应的基础角度
angleDelta 是解码得到的角度增量
ANGLE_STEP 是角度步长

模式信息解码流程图

关键帧模式信息解码流程

graph TD A[关键帧模式信息解码开始] --> B{允许IntraBC?} B -->|是| C[解码use_intrabc] C --> D{使用IntraBC} D -->|是| D1[默认模式] D -->|否| E[解码亮度模式 intra_frame_y_mode] E --> F{是方向模式?} F -->|是| G[解码角度信息 angle_delta_y] F -->|否| H[跳过角度信息] G --> I{有色度?} H --> I I -->|是| J[解码色度模式 uv_mode] I -->|否| K[跳过色度模式] J --> L{色度模式是CFL?} L -->|是| M[解码CFL Alpha值] L -->|否| N[跳过CFL Alpha] M --> O{色度模式是方向模式?} N --> O O -->|是| P[解码色度角度信息 angle_delta_uv] O -->|否| Q[跳过色度角度信息] P --> R{满足调色板条件?} Q --> R R -->|是| S[解码调色板模式信息] R -->|否| T[跳过调色板模式] S --> U[解码滤波器内模式信息] T --> U U --> V[模式信息解码完成] style A fill:#e1f5ff style F fill:#fff9c4 style L fill:#fff9c4 style V fill:#c8e6c9

帧间帧中帧内块模式信息解码流程

graph TD A[帧内块模式信息解码开始] --> B[设置参考帧 RefFrame 0 = INTRA_FRAME] B --> C[解码亮度模式 y_mode] C --> D{是方向模式?} D -->|是| E[解码角度信息 angle_delta_y] D -->|否| F[跳过角度信息] E --> G{有色度?} F --> G G -->|是| H[解码色度模式 uv_mode] G -->|否| I[跳过色度模式] H --> J{色度模式是CFL?} J -->|是| K[解码CFL Alpha值] J -->|否| L[跳过CFL Alpha] K --> M{色度模式是方向模式?} L --> M M -->|是| N[解码色度角度信息 angle_delta_uv] M -->|否| O[跳过色度角度信息] N --> P{满足调色板条件?} O --> P P -->|是| Q[解码调色板模式信息] P -->|否| R[跳过调色板模式] Q --> S[解码滤波器内模式信息] R --> S S --> T[模式信息解码完成] style A fill:#e1f5ff style D fill:#fff9c4 style J fill:#fff9c4 style T fill:#c8e6c9

关键数据结构

TileGroup中的模式信息字段

class TileGroup:
    # 预测模式
    YMode: Y_MODE              # 亮度预测模式
    UVMode: Y_MODE             # 色度预测模式
    
    # 角度信息
    AngleDeltaY: int           # 亮度角度增量
    AngleDeltaUV: int          # 色度角度增量
    
    # 滤波器内
    filter_intra_mode: int     # 滤波器内模式
    use_filter_intra: int      # 是否使用滤波器内
    
    # CFL
    CflAlphaU: int             # CFL U分量alpha
    CflAlphaV: int             # CFL V分量alpha
    
    # 调色板
    PaletteSizeY: int          # 亮度调色板大小
    PaletteSizeUV: int         # 色度调色板大小
    PaletteColorsY: List       # 亮度调色板颜色
    PaletteColorsUV: List      # 色度调色板颜色
    
    # IntraBC
    use_intrabc: int           # 是否使用IntraBC

总结

模式信息解码是帧内预测的基础，它从比特流中解析出预测模式、角度信息等关键参数。本文详细介绍了：

关键帧中的模式信息解码：包括IntraBC检查、亮度模式、角度信息、色度模式、调色板和滤波器内模式
帧间帧中的帧内块模式信息解码：与关键帧类似，但语法略有不同
角度信息解码：亮度和色度的角度增量解码，用于微调方向预测

这些解码出的模式信息将用于后续的预测生成过程。

参考资源:

AV1规范文档
源码实现: GitHub - av1_learning
- Tile解码: src/tile/tile_group.py

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posted @ 2026-01-10 07:47 chai51 阅读(1) 评论(0) 收藏举报

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4.2 模式信息解码

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模式信息解码

关键帧中的模式信息解码

解码流程

帧间帧中的帧内块模式信息解码

解码流程

角度信息解码

亮度角度信息解码

解码条件

解码过程

色度角度信息解码

解码条件

解码过程

角度计算

模式信息解码流程图

关键帧模式信息解码流程

帧间帧中帧内块模式信息解码流程

关键数据结构

TileGroup中的模式信息字段

总结

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