libaom 源码分析：AV1 帧内预测模式 Paeth 模式

Peath模式原理

1. Paeth预测模式：AV1引入的新的帧内预测模式，由计算机科学家Alan W. Paeth在开发PNG格式时提出，因此以他的名字进行命名该模式；
2. 原理：是一种加权预测，如图所示，根据其顶部（T）、左侧（L）和左上角（TL）的参考样本预测每个样本。在这些参考样本中，与（T + L – TL）的值最接近的那个值被选为预测样本。
   
3. 应用：Paeth预测模式特别适合于图像的平滑区域，因为它可以有效地减少预测误差，提高压缩效率。在AV1中，这种模式是多种帧内预测模式之一，与其他模式一起使用，以适应不同类型的图像内容。

libaom相关源码分析

1. libaom 模式序号为 12，在 enums.h 中定义。
   

2. libaom 源码相关函数关系：
   

3. paeth_predictor函数

• 外层循环遍历块的高度bh。
• 内层循环遍历块的宽度bw。
• paeth_predictor_single函数被调用来计算每个像素的预测值，该函数接受三个参数：左侧像素值left[r]，上方像素值above[c]，以及左上角像素值ytop_left。
• 计算得到的预测值被存储在dst[c]中。
• 每次内层循环结束后，dst指针增加stride，以移动到下一行的目标缓冲区。

static INLINE void paeth_predictor(uint8_t *dst, ptrdiff_t stride, int bw,
                                   int bh, const uint8_t *above,
                                   const uint8_t *left) {
  int r, c;
  const uint8_t ytop_left = above[-1];

  for (r = 0; r < bh; r++) {
    for (c = 0; c < bw; c++)
      dst[c] = (uint8_t)paeth_predictor_single(left[r], above[c], ytop_left);
    dst += stride;
  }
}

4. paeth_predictor_single函数

• 计算基础值（base）：
  • base 是通过将顶部像素值 top 和左侧像素值 left 相加，然后减去左上角像素值 top_left 来计算的。这个基础值用于后续的差值计算。
• 计算绝对差值：
  • p_left 是 base 和 left 之间的绝对差值。
  • p_top 是 base 和 top 之间的绝对差值。
  • p_top_left 是 base 和 top_left 之间的绝对差值。
  • 这些差值用于确定哪个参考像素（left、top 或 top_left）最接近 base。
• 选择最接近的像素值：
  • 函数使用三元运算符来确定哪个参考像素的差值最小，即最接近 base。
  • 如果 p_left 是三个差值中最小的，返回 left。
  • 如果 p_top 小于 p_top_left 且不大于 p_left，返回 top。
  • 否则，返回 top_left。
• 返回预测值：
  • 函数返回最接近 base 的像素值，这个值被认为是当前像素的最佳预测。

static INLINE uint16_t paeth_predictor_single(uint16_t left, uint16_t top,
                                              uint16_t top_left) {
  const int base = top + left - top_left;
  const int p_left = abs_diff(base, left);
  const int p_top = abs_diff(base, top);
  const int p_top_left = abs_diff(base, top_left);

  // Return nearest to base of left, top and top_left.
  return (p_left <= p_top && p_left <= p_top_left) ? left
         : (p_top <= p_top_left)                   ? top
                                                   : top_left;
}

5. abs_diff 函数

• 用于计算两个整数 a 和 b 之间的绝对差值。这个函数的实现非常简单且高效，它通过一个条件表达式（三元运算符）来确定 a 和 b 中哪个更大，并返回两者之间的差值。

static INLINE int abs_diff(int a, int b) { return (a > b) ? a - b : b - a; }