AV1中的IBC技术

编解码 • 来源：手撕编解码 • 2023年3月13日上午9:37 • 技术文章

HEVC里面的Intra Block Copy (IBC)技术，它是一种基于块的预测技术，与帧间编码的MCP类似，最大的区别是IBC所用的参考像素是来自当前帧的(未滤波)重建部分，所以也被叫做current picture referencing (CPR)技术。下图是对帧间运动补偿和IBC的对比:

IBC或IntraBC首次被视频编码标准所采用是在HEVC SCC extensions中，在后续的AV1，AVS3以及VVC视频编码标准也都采用了这一技术，基本过程和原理并无不同，可能在有些细节实现上存在差异。今天就来看看AV1里的IBC是怎么实现的。

在”Overview of Screen Content Coding in Recently Developed Video Coding Standards“论文中对AV1的IBC有如下表述：

在HEVC SCC的IBC基础上，AV1增加了2个限制条件，之所以加上这些限制，主要还是为了硬件编码器在实现上的角度考虑。

首先是对IBC使用条件的限制，AV1将此技术仅用在帧内编码帧中(而不是像HEVC SCC里面会用于帧间编码帧)，同时，如果IBC开启，那么就会强制关闭环路滤波工具。

其次是对搜索区域的限制，AV1里面IBC运动矢量BV的搜索区域不包括当前CTU以及它左侧的两个CTU里的像素，如下图所示，即搜索区域是当前块的左边和上边。

所以在AV1视频编码器里面，IBC技术所处的位置如下图箭头所指：

和HEVC SCC类似，AV1里亮度分量的Block Vector (BV)也是仅支持整像素精度，而色度分量的BV有可能指向半像素位置，则需使用双线性插值滤波器实现亚像素插值，获取预测像素值。

在AV1里面，使用IBC编码的块的参考帧使用的是”INTRA_FRAME”类型。

在SVT-AV1代码里IBC搜索最佳BV时，先进行整像素的钻石和全搜索(也可以不做)，然后会进行哈希搜索。

哈希搜索会先以2×2块为单元计算出参考帧里每个像素的哈希值，再将2×2哈希值组成4×4块(如果支持的话)，8×8块，16×16块…哈希值(最大hash块可做为快速算法)，存储到哈希表里。然后计算出当前块的哈希值并和哈希表里面的哈希值比较，如果找到了相等的哈希值，那么它所对应的参考像素块就可以作为IBC搜索的候选。

下面是使用SVT-AV1开源软件编码的一段屏幕内容视频，可以看到第一个I帧里面许多块都是IBC编码，它们有运动信息。