【正文】 準(zhǔn)中定義了可依次用于重建圖片的兩種環(huán)路濾波，分別是去塊效應(yīng)濾波 （ Blocking artifacts filter， BAF） 、自適應(yīng)采樣點補償濾波（ sample adaptive offset， SAO），其中去塊效應(yīng)濾波是在 編碼標(biāo)準(zhǔn)中去塊效應(yīng)濾波算法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，產(chǎn)生發(fā)展的目的就是提高速度，降低算法復(fù)雜度，當(dāng)前的 HEVC模塊中取消了小塊，即 44 塊的去塊效應(yīng)濾波算法，而新增加了自適應(yīng)采樣點補償濾波和自適應(yīng)環(huán)路濾波的技術(shù)。 實際上， HEVC 和 編碼標(biāo)準(zhǔn)之間的差異是十分微小的，它們至少在主要性能上是相同的，都能使畫面實際編碼的畫幅變得更大，比如從 2K 到 4K、從 4K到 8K分辨率的變化，它們的目的是使得全高清視頻的播放速率變得更快。當(dāng)然，新的編解碼器也有不可忽視的缺點，它們不支持大多數(shù)硬件，通常需要效率更高、更多的處理器來輔助，這 就意味著，如果有一個固件需要更新，而編解碼器卻跟不上升級速度的話，那么我們的電視機頂盒和藍光播放機是無法播放 HEVC 標(biāo)準(zhǔn)下編碼的視頻內(nèi)容的，這些問題都使得 HEVC 需要等待解決方案出現(xiàn)后才能繼續(xù)使用。目前主流的視頻編碼器采用的技術(shù)主要有預(yù)測、變換、量化、掃描和熵編碼，這些技術(shù)在編碼器中的基本實現(xiàn)次序關(guān)系如圖 11 所示。幀間預(yù)測根據(jù)預(yù)測方向又可分為前向預(yù)測和雙向預(yù)測，以上兩種方法都是利用已編碼幀的視頻內(nèi)容對未編碼的當(dāng)前幀進行預(yù)測，以達到消除運動圖像時間冗余的目標(biāo)。在此過程中常用的變換技術(shù)有 KL變換、 DCT 變換以及小波變換等等。 （ 2）國際電信聯(lián)盟（ International Telemunication Union， ITU）制定的 和 標(biāo)準(zhǔn)，是針對視頻會議來設(shè)定的。編碼器按照嚴(yán)格、統(tǒng)一的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，將視頻 /圖像壓縮轉(zhuǎn)換成碼流格式，然后在解碼器端識別這些壓縮比特流，并解碼重構(gòu)視頻 /圖像，以實現(xiàn)信息正確無誤的交互。這些標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生在視頻編碼界引起了巨大的反響，同時它們也在人們的生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。截止到目前為止，所有出現(xiàn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都是基于這一技術(shù)框架發(fā)展起來的，包括前面提到過的 ， ， 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)， MPEG MPEG MPEG4 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以及我國自行研發(fā)的 AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 取代了其他舊的編碼標(biāo)準(zhǔn)在視頻編碼領(lǐng)域的地位。 環(huán)路去塊效應(yīng)濾波技術(shù)的國內(nèi)外相關(guān)研究 視頻編碼技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在減少編碼比特率，以節(jié)省信道帶 寬和磁盤空間的過程中。消除塊狀影像以提高圖像質(zhì)量的視頻編碼系統(tǒng)是一個亟待被研發(fā)出來的。自適應(yīng)環(huán)路濾波的執(zhí)行，基本上代替了像素被濾波內(nèi)核加窗加權(quán)的濾波操作，對于邊界的像素，這種加權(quán)較內(nèi)核中的非邊界像素是可能會加重其平滑度的，為了避免存在這種不良的平滑化，權(quán)重是在考慮到像素亮度和色度分量的同時，更應(yīng)該首先考慮到像河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 素自身值。 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 本文旨在對新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) HEVC 后處理技術(shù)進行研究和改善。根據(jù)視頻編碼中塊效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因，考慮當(dāng)前環(huán)路去塊效應(yīng)濾波的特點和算法，給出算法具有的優(yōu)缺點，為以下章節(jié)進行算法改進打下了基礎(chǔ)。去塊效應(yīng)濾波用于去除圖像邊界、跨片邊界或可直接編碼的信號邊界 以外所有 PU或 TU邊界相鄰的像素中。設(shè) P 和 Q 為兩個大小為 88 的相鄰像素塊，設(shè)其中一個為幀內(nèi)預(yù)測圖像塊，濾波強度選擇 2；但是當(dāng)滿足下列任一情況時，濾波強度應(yīng)選擇 1，（ 1） P 和 Q 至少有一個是非零變換系數(shù)；（ 2） P 和 Q 的參考索引不相等；（ 3） P 和 Q 的運動變量（ MV）不相等；（ 4） P 和 Q 的 MV 分量的差值大于或等于一個整像素；如果以上的條件都不成立的話，則濾波強度為 0，這種情況就意味著不需要進行去塊效應(yīng)濾波處理。圖 21 為 SAO 中四種梯度模式。 濾波判別 （ 1）去塊效應(yīng)濾波的塊邊界 獨立編碼塊創(chuàng)建在塊邊界的不連續(xù)點上，如圖 22 所示。過度濾波將導(dǎo)致圖像的細節(jié)過于平滑，即會丟失細節(jié)，而缺省濾波將造成主觀視頻質(zhì)量的下降。當(dāng)滿足以上三點條件時，就進行強濾波操作。對于色度分量，只有在邊界強度等于 2的情況下執(zhí)行濾波操作，這就意味著至少在相鄰邊界有一個塊為幀內(nèi)預(yù)測塊才能河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 進行濾波操作。 公式 （ ）用來評估塊邊界兩邊信號偏離直線的個數(shù)，這個直線為恒定水平信號或是斜線。 當(dāng)相關(guān)聯(lián)的塊邊界強度大于 0 時，公式（ ）成立，執(zhí)行去塊效應(yīng)濾波操作，在 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)中存在兩種去塊效應(yīng)濾波模式，分別是普通濾波模式和強濾波模式。 |p2i2p1i+p0i|+|q2i2q1i+q0i|β/8 () |p3ip0i|+|q0iq3i|β/8 () |p0iq0i| () 閾值參數(shù) tc 由 QP 決定，是通過表定義的（詳見 ）。 圖 25 判定流程 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 （ 5）普通濾波模式下的去塊效應(yīng)濾波判定 普通濾波是由兩種模式組成的，兩者的區(qū)別在于塊邊界每側(cè)被修改的像素個數(shù)的不同，一種模式是令每個邊界滿足以下兩個條件 [16]。如果公式（ ）和（ ）的閾值小于公式（ ）的閾值，但是大于公式（ ）的閾值，這就意味著強濾波允許在邊界兩側(cè)低空間的活動性塊邊界中使用。下述表達式像素的第二個腳標(biāo)為行號，因為它們適用于每行，故此省略。偏移量 0 對應(yīng)塊邊界兩側(cè)最佳斜線的偏差信號，若信號在塊邊界形成一個斜線，則偏移量為 ?0。 p1‘ = p1 + p1 () 類似的，如果滿足公式（ ），則 q1‘通過公式（ ）計算得到的 () 偏移量 p q1 是用過裁剪值獲得的，如公式（ ）、公式（ ）所示。偏移量 ?0s、 ?1s 和 ?2s 分別加在 p0、 p1 和 p2 上，對應(yīng)裁剪值為0s、 1s 和 2s，如公式（ ）和公式（ ）所示。在這種情況下，不進行進一步的去塊效應(yīng)的判斷，如公式（ ）、（ ）中所示，僅修正像素 p0和 q0 的值。裁剪操作執(zhí)行在計算后，修正像素值之前，根據(jù)公式（ ）中將值剪裁到 [c ,c]之間，用以獲得濾波的 ?值。去塊效應(yīng)濾波強度通常較幀內(nèi)預(yù)測塊大，因此，當(dāng) Bs=2 時，幀內(nèi)塊較幀間塊所修正的像素值要大。閾值 β和 tc 的值由同一塊邊界相鄰兩塊的 QP 平均值 [17]所決定，而 QP 的值通常存儲在相應(yīng)的表格中，其關(guān)系如圖 27 所示。 也就是說， tc 和 β 是 QP 和預(yù)測類型是去塊效應(yīng)濾波的自適應(yīng)參數(shù)。這些參數(shù)指定的偏移量（除以 2）是已經(jīng)被加到之前確定的 tc 和 β值上的了。這些配置是： AllIntra，僅使用幀內(nèi)預(yù)測； Random Access，使用幀內(nèi)圖片的特定時間間隔和層次 B 的編碼結(jié)構(gòu)；兩種 LowDelay 配置，一種是應(yīng)用幀內(nèi)圖片——LowDelay B 的配置，另一種是用于運動補償預(yù)測前圖片 ——LowDelay P河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 的配置， LowDelay P 的配置是不使用雙向運動補償預(yù)測的。圖 28 展示了從 Basketball Drive 視頻序列（ 1080p*50 fps）裁剪的一部分，應(yīng)用隨機存取編碼方式，同時令 QP=32。 表 22 相同質(zhì)量下 All Intra Main配置時禁用去塊效應(yīng)濾波平均增加的比特率 All Intra Main Y U V Class A % % % Class B % % % Class C % % % Class D % % % Class E % % % Class F % % % Overall % % % 表 23相同質(zhì)量下 Random Access Main配置時禁用去塊效應(yīng)濾波平均增加的比特率 Random Access Main Y U V Class A % % % Class B % % % Class C % % % Class D % % % Class F % % % Overall % % % 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 表 24 相同質(zhì)量下 Low delay B Main配置時禁用去塊效應(yīng)濾波平均增加的比特率 Low delay B Main Y U V Class B % % % Class C % % % Class D % % % Class E % % % Class F % % % Overall % % % 表 25 相同質(zhì)量下 Low delay P Main配置時禁用去塊效應(yīng)濾波平均增加的比特率 Low delay P Main Y U V Class B % % % Class C % % % Class D % % % Class E % % % Class F % % % Overall % % % 圖 28 Basketball Drive視頻序列， RandomAccess， QP=32 （ a）禁用去塊效應(yīng)濾波操作，（ b）開啟去塊效應(yīng)濾波操作 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 圖 29 Kristen and Sara視頻序列， LowDelay， QP=37 （ a）禁用去塊效應(yīng)濾波操作，（ b）開啟去塊效應(yīng)濾波操作 本章小結(jié) 本章主要介紹了 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的環(huán)路去塊效應(yīng)濾波的特點，并對高效視頻編碼中的環(huán)路去塊效應(yīng)濾波的算法原理進行了詳細的闡述。因此， HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)下的環(huán)路去塊效應(yīng)濾波的濾波方法就成為提高視頻性能的一個突破點。 若要想要得到更好的視頻效果，增大編解碼的計算量就是在所難免的，因此 設(shè)計 HEVC 去塊效應(yīng)濾波的并行計算是倍受關(guān)注。所以，在本章提出了一種濾波的新算法，能夠同時達到提高主觀和客觀的質(zhì)量和降低算法復(fù)雜度的目的。本算法的主要目的，就是盡量減少在某些情況下對色度塊進行濾波操作的次數(shù)。若要達到以上目的，色度分量的邊界強度就要參加計算。針對 4:2:0 的采樣格式，是否進行過濾操作是在每個長度為 4 的子邊界上獨立完成的。 (d2 Beta_Chroma) amp。 色度樣本的過濾過程 首先只有當(dāng)邊界強度（ Bs）大于等于 2 時，對色度塊邊界的濾波操作才會被執(zhí)行。濾波后，當(dāng)以下條件，即 p0是一個應(yīng)用 I_PCM 編碼模式的樣本塊，同時 pcm_loop_filter_disable_flag 的值等于 1 被滿足時， p0‘被相應(yīng)的輸入采樣值 p0取代。 原 HEVC 代碼： 修改后的代碼： if (d iBeta) { Bool bFilterP = (dp iSideThreshold)。 xUseStrongFiltering( iOffset, 2*d3, iBeta, iTc, piTmpSrc+iSrcStep*(iIdx*uiPelsInPart+iBlkIdx*4+3))。 } } if (d iBeta) { Bool bFilterP = (dp iSideThreshold)。此外，色度塊僅在相鄰塊的其中一個應(yīng)用的是幀內(nèi)預(yù)測時才進行濾波，從而達到了減少下一步工作中幀間編碼色度濾波數(shù)量的目的。 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)中另一個減少復(fù)雜性的關(guān)鍵在于改進了變換單元和預(yù)測單Bool sw = xUseStrongFiltering( iOffset, 2*d0, iBeta, iTc, piTmpSrc+iSrcStep*(iIdx*uiPelsInPart+iBlkIdx*4+0)) amp。 i DEBLOCK_SMALLEST_BLOCK/2。 i++) { //色度濾波模塊 xPelFilterChroma( piTmpSrcCb + iSrcStep*(i+iIdx*uiPelsInPartChroma), iOffsetChroma, iTc , bPartPNoFilter, bPartQNoFilter)。但是，在 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)中最大變換塊的大小擴大到了 3232，最大預(yù)測單元塊則變大到了 6464。因此，在圖像中的任何垂直塊邊界都可以在其平行于其他任何垂直邊界時進行去塊效應(yīng)濾波操作，以上情況同樣適用于水平邊界。 對于水平、垂直邊界的濾波命令在 HEVC 和 同的，在 ，而在 HEVC 中去塊效應(yīng)濾波首先應(yīng)用在圖片中所有的垂直邊界，而后是水平邊界。這樣，是否打破環(huán)路濾波的基本操作，取決于視頻片或頭邊界。因此，在 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)中，使用多核操作可以顯著提高吞吐量和降低內(nèi)存帶寬的要求的。 HEVC 編 碼標(biāo)準(zhǔn)中的去塊效應(yīng)濾波操作僅消耗 84 到 88 個時鐘周期，還不到預(yù)算的 200 個時鐘周期的一半（針對 1080p*120fps 的視頻運行在 250 MHz的時鐘頻率下） [21]。該算法能夠在某些情況下能夠減少濾波次數(shù)，將亮度分量濾波過程中得到的邊界強度值用于色度分量的濾波操作中，同時還能降低色度分量的平均比特率，使圖像更加清晰，減輕 “ 塊效應(yīng) ” 。通常有一些參考視頻（標(biāo)準(zhǔn)視頻），已經(jīng)人為的按照質(zhì)量分級了，被評估視頻和某個等級參考視頻同時播放，人為的視覺評估，知道到具有相當(dāng)視覺效果的參考視頻，則對該被評估視頻定級為參考視頻級別。在一個典型的測試會話中，評價者被展示了一系列的序列，并被要求對它們進行評價。在結(jié)束的時