视频编码中的环路滤波技术范文

《电视技术杂志》2014年第十一期

1自适应采样点补偿滤波(SAO)

1．1采用SAO的原因除了块效应，视频编码中还存在其他失真，如振铃效应。振铃效应主要来自两个方面:1)变化编码中来自于变换系数的量化误差;2)HEVC使用八阶亮度分量插值和四阶色度分量插值，越高的插值导致越严重振铃效应。为了消除振铃效应，HEVC在去块滤波之后加入了一种新的滤波:自适应采样点补偿滤波SAO［7］。

1．2SAO滤波设计SAO应用于亮度分量和色度分量，它分为两种滤波类型:边缘补偿和带状补偿。进行SAO滤波时，先将图片分为一个个LCU(最大编码单元)区域，如图4所示，对每一个区域独立地选择滤波类型:带状补偿(EdgeOffset，EO)、边缘补偿(BandOffset，BO)或不补偿(OFF)。通过对原始像素和重建像素进行快速失真估计和率失真估计，选择每个LCU采用的滤波类型。边缘补偿被分为4种模式:水平、垂直、135°对角线、45°对角线，如图5所示，图中c表示当前样点，a和b表示相邻样点。在编码端，将已划分好的LCU再基于四叉树划分为树形编码块(CTB)，每一个CTB只能选择一种边缘补偿模式进行边缘补偿［8］。对于一个给定的边缘补偿模式来说，CTB的采样点又被划分为5种类别，这种划分通过当前采样点c和相邻采样点的像素值大小进行比较得出，见表2。第0类不进行边缘补偿，其他类别都需进行补偿［9］。从表2可看出第1类和第2类中c的像素值≤相邻采样点的像素值，而第3类和第4类中c的像素值≥相邻采样点的像素值，所以，对第1，2类使用正补偿，而对第3，4类使用负补偿使c与相邻采样点之间更加平滑。对这4类，编码器将会对应传输一个补偿值到解码端，解码端使用这些补偿值对重建图像像素值进行补偿。带状补偿意味着在CTB中，对同一条带的所有像素采样点采用同一补偿值。该补偿值为条带中采样点的平均原始像素值与去块滤波之后的平均像素值之差。若每一个像素采样点用8bit表示，则将取值从0～255的像素值等分为32条带，每条带宽度为8。像素值从8k到8k+7的属于带k，k的取值为0～31。对每个CTB只选择补偿值较大的4条连续的带进行补偿，同一个条带内的像素值采用相同的补偿值。选择4条带主要是因为CTB中的像素值主要集中在4条连续的带中［9］。编码端把需要进行补偿的4个条带的起始位置，以及这4个条带的补偿值传到解码端，解码端据此对重建图像像素值进行带状补偿。对每个CTB，分别进行边缘补偿和带状补偿，并计算两者的率失真代价，选择较小者为最终的补偿模式。率失真代价计算过程如下所述。设k，s(k)，x(k)分别表示像素点位置、原始像素值和待进行SAO滤波的像素值。CTB中原始像素值和待进行SAO滤波像素值之间的失真。

2实验结果

本实验基于HM9．0，在Windows7操作系统中进行，并采用VS2010作为编译环境。本次试验中使用了5类测试序列，每类序列的分辨率与帧数如表3所示。表4和表5分别是5类测试序列在lowdelaymain编码模式下，打开和关闭滤波功能下获得的PSNR和码率。从表4和表5的数据来看，打开滤波功能后，ClassA～E这5类序列的PSNR都有所增加，同时，5类序列的码率有0．2%～1．7%的减少。其中，以分辨率最高的A类序列的变化最为明显。表6是4类序列在滤波打开和关闭下的所用的总编码时间，表中数据显示滤波功能使编码时间增加了5．2%～9．9%。结合表4和表5的数据，在增加一定编码时间的基础上，滤波可较大地改善编码性能。图6a为QP=32时在lowdelayp编码配置下的Bas-ketballDrill序列，图6b为QP=32时random编码配置下的Vidyo3序列。图6比较了打开与关闭滤波功能时编码输出序列的主观和客观质量。对两个序列而言，打开滤波功能后，可明显消除块效应，提高主观视觉质量。

3小结

本文主要研究了HEVC中的环路滤波算法，包括去滤波算法和自适应采样点补偿滤波算法。并且通过实验验证了滤波算法对PSNR的提升、码率的减少和视频质量改善等方面的影响，结果表明该环路滤波算法在增加了少量编码时间的基础上，对编码性能有较大的提高。

作者：唐华敏杜建超王庆雷单位：西安电子科技大学通信工程学院