解讀HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)內(nèi)濾波

1.0 引言

高效視頻編碼(HEVC)是H.264/MPEG-4 AVC(高級視頻編碼)的一種升級版視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(即ISO/IEC 23008-2 MPEG-H第2部分和ITU-T H.265)是由ISO/IEC動態(tài)圖像專家組(MPEG)和ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)共同編寫的。與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)H.264相比，HEVC能夠以幾乎同樣的視頻質(zhì)量實現(xiàn)半比特速率，并且有望在視頻應(yīng)用中得到廣泛運(yùn)用，其中包括：手機(jī)、廣播、機(jī)頂盒、視頻會議、視頻監(jiān)控、車載等。

下圖顯示了帶有環(huán)路濾波的HEVC視頻解碼器結(jié)構(gòu)圖，突出顯示的即為環(huán)路濾波。如圖所示，它是一個可去除視頻編碼過程中塊效應(yīng)的兩個級組成的級聯(lián)，即去塊效應(yīng)濾波(DBLK)和采樣自適應(yīng)偏移(SAO)濾波。接下來的兩部分內(nèi)容將詳細(xì)描述這個級。

圖1 HEVC視頻解碼器結(jié)構(gòu)圖

2.0 去塊效應(yīng)濾波(DBLK)

本部分將闡述去塊效應(yīng)濾波，如HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)[1]所述。去塊效應(yīng)濾濾器運(yùn)行可大體可分為兩部分：

1. 濾波器邊緣上的邊界濾波強(qiáng)度(aka BS)計算

2. 濾波器的實際運(yùn)行

縱觀整個去塊效應(yīng)濾波器運(yùn)行，本文獻(xiàn)采用了以下慣例：Q像素位于“縱向”濾波器的右側(cè)，P像素位于“縱向”濾波器左側(cè)。同樣，Q屬于“橫向”濾波器邊緣下方的像素，P屬于“橫向”濾波器邊緣上方的像素。

圖2 環(huán)內(nèi)去塊效應(yīng)濾波中稱為慣例的相鄰像素

2.1 濾波器邊緣強(qiáng)度(aka BS)

邊界濾波強(qiáng)度[hor/ver][xpos][ypos]計算是在一個8x8網(wǎng)格上完成的，取值0、1、2，如下圖所示：

雖然在8x8網(wǎng)格的每個像素邊緣上都有濾波器(8x8結(jié)構(gòu)包括4像素邊緣),但就一個4像素段的所有像素而言，邊界濾波強(qiáng)度計算的屬性可以被組合。就強(qiáng)度計算而言，我們假設(shè)每個4像素段作為一個級。請注意，邊界濾波強(qiáng)度計算取決于當(dāng)前、左側(cè)和頂部LCU LCUinfo。

圖3 邊界濾波強(qiáng)度(BS)結(jié)構(gòu)圖，在8x8網(wǎng)格中顯示了邊緣及其編號

2.1.1 邊界濾波強(qiáng)度功能概述

邊界濾波強(qiáng)度計算是在一個8x8網(wǎng)格上完成的，設(shè)置圖片為0，且分片邊界(slice boundarie) (if loop_filter_across_slice_enabled_flag = 0)，Tile邊界(loop_filter_across_tile_enabled_flag = 0).

只有8x8像素邊界經(jīng)過濾波，即預(yù)測單元(PU)和/或轉(zhuǎn)換單元(TU)邊界,濾波過程如下。

圖4 PU和TU部分的邊界濾波強(qiáng)度(BS)與邊緣調(diào)諧

邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)規(guī)則：

感興趣的讀者可參見HEVC規(guī)范，了解以下內(nèi)容：

1. 邊界濾波強(qiáng)度的TU邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)：8.7.2.1章節(jié)

2. 邊界濾波強(qiáng)度的PU邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)：8.7.2.2章節(jié)

3. 邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)：8.7.2.3章節(jié)

2.1.2 色度邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)

只有8x8色度像素網(wǎng)格上的PU和/或TU邊界得到濾波。色度邊界濾波強(qiáng)度值源自亮度邊界濾波強(qiáng)度值。就色度濾波器4:2:0 (q0, p0)采樣而言，從相應(yīng)的(2q0, 2p0)亮度采樣(即BS{Hor/ver}[xpos/2][ypos/2]圖中的2因素下行采樣)獲取邊界濾波強(qiáng)度。

圖5 色度邊界濾波強(qiáng)度映射：匹配到8x8網(wǎng)格然后除以2

2.2 濾波器運(yùn)行

該部分將闡述去除HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)中特定塊效應(yīng)的實際濾波。

2.2.1 濾波器的階數(shù)

就HEVC而言，規(guī)定的濾波器階數(shù)為幀級(不是LCU級)，如下所示：

1. 在整個幀處理過程中，對所有塊的豎向邊緣都進(jìn)行了H濾波。

2. 在整個幀處理過程中，對所有塊的橫向邊緣都進(jìn)行了V濾波。

濾波是完全獨(dú)立的8x8濾波段，如圖6所示：

圖6 8x8塊級獨(dú)立濾波

是否需要亮度/色度(開啟/關(guān)閉判定)濾波、濾波級別(弱濾波/強(qiáng)濾波)以及最終的實際濾波運(yùn)行將在下面章節(jié)闡述。

2.2.2 亮度濾波器開啟/關(guān)閉以及弱/強(qiáng)濾波的判定

濾波器開/關(guān)判定和亮度強(qiáng)/弱判定是根據(jù)上圖所示的四個行列段進(jìn)行的。

如果邊界濾波強(qiáng)度等于0，則按順序進(jìn)行以下步驟：

qPL= ((QPP+QPQ+1)>>1), QPP 和 QPQ 為亮度 QPs

β = BETA_TABLE[Clip3(0,51,qPL+(beta_offset_div2<<1)) ]

tc = TC_TABLE[Clip3(0,53,qPL+2*(BS-1)+(tc_offset_div2<<1)) ]

dp0 = |p2,0-2*p1,0+p0,0| ; dp3 =|p2,3-2*p1,3+p0,3|

dq0 = |q2,0-2*q1,0+q0,0| ; dq3 = |q2,3-2*q1,3+q0,3|

dpq0 = dp0+dq0 ; dpq3 = dp3+dq3

dp = dp0+dp3 ; dq = dq0+dq3

dE = dEp = dEq = 0

如果 (dpq0 + dpq3 < β) //濾波器開/關(guān)判定

If ( (2*dpq0 <(β>>2)) && ( |p3,0- p0,0| + |q3,0- q0,0| <(β>>3)) && ( | p0,0- q0,0| <((5*tc+1)>>1))) dSam0 = 1

If ( (2*dpq3 <(β>>2)) && ( |p3,3- p0,3| + |q3,3- q0,3| <(β>>3)) && ( | p0,3- q0,3| <((5*tc+1)>>1))) dSam3 = 1

如果 (dSam0 ==1 && dSam3 ==1) dE = 2 (strong filter); 其他 dE = 1 (弱濾波);

如果 (dp < ((β+(β>>1))>>3) ) dEp = 1 //對濾波采樣的數(shù)量進(jìn)行弱濾波

If (dq < ((β+(β>>1))>>3) ) dEq = 1 //對濾波采樣的數(shù)量進(jìn)行弱濾波

圖7 去塊效應(yīng)濾波中濾波開/關(guān)以及濾波強(qiáng)度判定中的像素使用

表1 qp、tc和β(BETA_TABLE和TC_TABLE)之間的關(guān)系