視頻編碼中的環(huán)路濾波技術(shù)范文

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《電視技術(shù)雜志》2014年第十一期

1自適應采樣點補償濾波(SAO)

1．1采用SAO的原因除了塊效應，視頻編碼中還存在其他失真，如振鈴效應。振鈴效應主要來自兩個方面:1)變化編碼中來自于變換系數(shù)的量化誤差;2)HEVC使用八階亮度分量插值和四階色度分量插值，越高的插值導致越嚴重振鈴效應。為了消除振鈴效應，HEVC在去塊濾波之后加入了一種新的濾波:自適應采樣點補償濾波SAO［7］。

1．2SAO濾波設(shè)計SAO應用于亮度分量和色度分量，它分為兩種濾波類型:邊緣補償和帶狀補償。進行SAO濾波時，先將圖片分為一個個LCU(最大編碼單元)區(qū)域，如圖4所示，對每一個區(qū)域獨立地選擇濾波類型:帶狀補償(EdgeOffset，EO)、邊緣補償(BandOffset，BO)或不補償(OFF)。通過對原始像素和重建像素進行快速失真估計和率失真估計，選擇每個LCU采用的濾波類型。邊緣補償被分為4種模式:水平、垂直、135°對角線、45°對角線，如圖5所示，圖中c表示當前樣點，a和b表示相鄰樣點。在編碼端，將已劃分好的LCU再基于四叉樹劃分為樹形編碼塊(CTB)，每一個CTB只能選擇一種邊緣補償模式進行邊緣補償［8］。對于一個給定的邊緣補償模式來說，CTB的采樣點又被劃分為5種類別，這種劃分通過當前采樣點c和相鄰采樣點的像素值大小進行比較得出，見表2。第0類不進行邊緣補償，其他類別都需進行補償［9］。從表2可看出第1類和第2類中c的像素值≤相鄰采樣點的像素值，而第3類和第4類中c的像素值≥相鄰采樣點的像素值，所以，對第1，2類使用正補償，而對第3，4類使用負補償使c與相鄰采樣點之間更加平滑。對這4類，編碼器將會對應傳輸一個補償值到解碼端，解碼端使用這些補償值對重建圖像像素值進行補償。帶狀補償意味著在CTB中，對同一條帶的所有像素采樣點采用同一補償值。該補償值為條帶中采樣點的平均原始像素值與去塊濾波之后的平均像素值之差。若每一個像素采樣點用8bit表示，則將取值從0～255的像素值等分為32條帶，每條帶寬度為8。像素值從8k到8k+7的屬于帶k，k的取值為0～31。對每個CTB只選擇補償值較大的4條連續(xù)的帶進行補償，同一個條帶內(nèi)的像素值采用相同的補償值。選擇4條帶主要是因為CTB中的像素值主要集中在4條連續(xù)的帶中［9］。編碼端把需要進行補償?shù)?個條帶的起始位置，以及這4個條帶的補償值傳到解碼端，解碼端據(jù)此對重建圖像像素值進行帶狀補償。對每個CTB，分別進行邊緣補償和帶狀補償，并計算兩者的率失真代價，選擇較小者為最終的補償模式。率失真代價計算過程如下所述。設(shè)k，s(k)，x(k)分別表示像素點位置、原始像素值和待進行SAO濾波的像素值。CTB中原始像素值和待進行SAO濾波像素值之間的失真。

2實驗結(jié)果

本實驗基于HM9．0，在Windows7操作系統(tǒng)中進行，并采用VS2010作為編譯環(huán)境。本次試驗中使用了5類測試序列，每類序列的分辨率與幀數(shù)如表3所示。表4和表5分別是5類測試序列在lowdelaymain編碼模式下，打開和關(guān)閉濾波功能下獲得的PSNR和碼率。從表4和表5的數(shù)據(jù)來看，打開濾波功能后，ClassA～E這5類序列的PSNR都有所增加，同時，5類序列的碼率有0．2%～1．7%的減少。其中，以分辨率最高的A類序列的變化最為明顯。表6是4類序列在濾波打開和關(guān)閉下的所用的總編碼時間，表中數(shù)據(jù)顯示濾波功能使編碼時間增加了5．2%～9．9%。結(jié)合表4和表5的數(shù)據(jù)，在增加一定編碼時間的基礎(chǔ)上，濾波可較大地改善編碼性能。圖6a為QP=32時在lowdelayp編碼配置下的Bas-ketballDrill序列，圖6b為QP=32時random編碼配置下的Vidyo3序列。圖6比較了打開與關(guān)閉濾波功能時編碼輸出序列的主觀和客觀質(zhì)量。對兩個序列而言，打開濾波功能后，可明顯消除塊效應，提高主觀視覺質(zhì)量。

3小結(jié)

本文主要研究了HEVC中的環(huán)路濾波算法，包括去濾波算法和自適應采樣點補償濾波算法。并且通過實驗驗證了濾波算法對PSNR的提升、碼率的減少和視頻質(zhì)量改善等方面的影響，結(jié)果表明該環(huán)路濾波算法在增加了少量編碼時間的基礎(chǔ)上，對編碼性能有較大的提高。

作者：唐華敏杜建超王慶雷單位：西安電子科技大學通信工程學院