CN104735450A - 一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置以及对应的视频编解码系统，所述方法包括：在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。本发明有效地提高了编码效率，同时使得计算复杂度和硬件实现复杂度降低在可接受范围内，符合实际应用的需求，减少了失真信号与原始信号之间误差，提高当前图像质量，进而提供高质量参考预测图像。

Description

一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，具体地，涉及一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置以及对应的视频编解码系统。

背景技术

自适应环路滤波器(Adaptive Loop Filter,ALF)是视频编解码的重要技术之一。该技术通过编码滤波系数，在解码端对重构图像进行滤波，降低解码图像中的压缩失真，并为后续编解码图像提供高质量的预测参考图像，从而进一步提高压缩效率。

在HEVC编码标准制定过程中，存在多种ALF设计方案，主要如下：

1、在一个帧级的ALF被应用于去块效应滤波器之后，通过增加帧级开关来控制当前帧是否使用ALF滤波，这种考虑到帧级单一滤波器不能适应图像中不同区域的失真。

2、基于块的ALF方法，以块作为ALF开关控制的基本单位，但是固定块大小的划分方式限制了ALF性能的提升。

3、基于四叉树划分的ALF控制方法，用于实现可变块大小的控制精度。

此外，在上述ALF设计方案的基础上，现有技术中也提出了一些改进的ALF方案，如基于像素分类的ALF技术、基于区域的ALF技术、基于时域系数重用的ALF技术等，但这些技术依然没能在计算复杂度、硬件实现代价和编码效率方面实现较好地平衡，应用到现有的视频编解码标准中仍存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置以及对应的视频编解码系统，用于解决现有技术中的ALF技术没能在计算复杂度、硬件实现代价和编码效率方面实现较好地平衡的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种在视频编解码中进行自适应环路滤波ALF的方法，包括：在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

优选地，所述在编码端求解出当前图像的滤波系数，具体包括：分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数。

优选地，所述对当前图像的亮度分量训练滤波系数，具体包括：

步骤A1，将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用与每个基本区域对应的重构像素值和原始像素值，训练每个基本区域采用的滤波器的滤波系数；

步骤A2，按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价；

步骤A3，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则返回步骤A2，否则执行步骤A4；以及

步骤A4，选择步骤A2的所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为亮度分量的滤波系数训练结果。

优选地，所述对当前图像的色度分量训练滤波系数，具体包括：将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，分别利用两个色度分量的重构像素值和原始像素值，训练滤波系数；以及比较使用训练的滤波系数进行滤波和不进行滤波的率失真代价，如果使用该滤波系数进行滤波的率失真代价小，那么该图像通道使用ALF滤波，并编码相应滤波系数和控制开关，否则该图像通道不进行ALF滤波。

优选地，当前图像的亮度分量和色度分量采用形状相同的滤波器，分别训练亮度分量和色度分量采用的滤波器的滤波系数。

优选地，采用7x7十字和3x3叠加的对称形状的滤波器。

优选地，在编码端求解出当前图像的滤波系数后，还包括：根据滤波器形状，按中心滤波系数和非中心滤波系数分别进行滤波系数的约束，其中首先编码非中心滤波系数，然后采用差分预测编码方法编码中心滤波系数。

优选地，所述根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关，具体包括：计算每个LCU中对亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；计算图像亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该图像的亮度分量进行ALF滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行ALF滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0；将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；以及计算Cr分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

优选地，所述在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，具体包括：

步骤B1，解析序列头信息中的序列级滤波控制开关，若该序列级滤波控制开关打开，则执行步骤B2，否则按照原有解码方式解码；

步骤B2，解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则执行步骤B3，否则执行步骤B4；

步骤B3，解析出亮度分量的滤波系数；

步骤B4，若两个色度分量中任意一个色度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出对应的色度分量的滤波系数；

步骤B5，根据解析出的滤波系数，重构滤波系数。

优选地，所述根据所述LCU级滤波控制开关，采用重构后的滤波器系数对LCU中的每个像素进行滤波，具体包括：若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；以及若色度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

本发明的技术方案还包括一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的装置，包括：编码端滤波模块，用于在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及解码端滤波模块，用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

优选地，所述编码端滤波模块包括：滤波系数求解模块，用于分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数；以及控制开关设置模块，用于根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关。

优选地，所述滤波系数求解模块包括亮度分量滤波系数训练模块和色度分量滤波系数训练模块；其中，所述亮度分量滤波系数训练模块又包括：区域划分模块，用于将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用与每个基本区域的重构像素值和原始像素值，训练每个基本区域采用的滤波器的滤波系数；区域合并模块，用于按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则继续执行区域合并，否则调用滤波系数确定模块；以及滤波系数确定模块，用于选择所述区域合并模块的所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为亮度分量的滤波系数训练结果。

优选地，所述控制开关设置模块包括：LCU级滤波控制开关设置模块，用于计算每个LCU中亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置0；亮度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于计算亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该亮度分量进行滤波，将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0；以及色度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；用于计算Cr分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

优选地，所述解码端滤波模块包括滤波系数重构模块，其用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构；其中，所述滤波系数重构模块又包括：ALF滤波判断模块，用于解析序列头信息中的序列级滤波控制开关，若该序列级滤波控制开关打开，若是则进行帧级滤波控制开关判断，否则按照原有解码方式解码；以及帧级滤波控制开关判断模块，用于解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出亮度分量的滤波系数，否则若两个色度分量中任意一个色度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出对应的色度分量的滤波系数。

优选地，所述解码端滤波模块还包括滤波模块，该滤波模块用于根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波；其中，所述滤波模块又包括：亮度分量像素滤波模块，若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；以及色度分量像素滤波模块，若色度分量帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

本发明的技术方案还包括一种视频编解码系统，其包括上述任一项所述的进行自适应环路滤波的装置。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明公开了一种视频编解码中进行自适应环路滤波的方法及装置，有效地提高了编码效率，同时使得计算复杂度和硬件实现复杂度降低在可接受范围内，符合实际应用的需求，减少了失真信号与原始信号之间误差，提高当前图像质量，进而提供高质量参考预测图像。

本发明的其他有益效果在具体实施方式中说明。

附图说明

图1是ALF滤波器在编解码环路中的位置示意图；

图2是本发明在视频编解码中进行自适应环路滤波ALF的方法的流程示意图；

图3是实施例一中进行滤波系数训练的流程示意图；

图4是实施例一中划分的基本区域单元及标号顺序示意图；

图5是实施例一中采用的滤波器形状示意图；

图6是实施例一中编码端的滤波流程示意图；

图7是实施例一中解码端的滤波流程示意图；

图8是本发明在视频编解码中进行自适应环路滤波ALF的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相应物体轮廓的上、下、左和右，“内、外”是指相近物体轮廓的内和外，“远、近”是指距离相应物体轮廓的远和近。

在介绍本发明的实施例之前，先给出如下的术语解释。

1、最大编码单元：包括一个L×L的亮度样值块和对应的色度样值块。最大编码单元由图像划分得到。

2、条带：按光栅扫描顺序排列的若干连续最大编码单元行。

3、率失真代价：重构样本相对于原始样本的编码失真和编码使用的比特数的加权和。

如图1所示，本发明将自适应环路滤波放在SampleAdaptive Offset(SAO)之后，但是本发明并不限制其与SAO和DB直接的相对位置关系。

实施例一

如图2所示，本实施例给出了一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的方法，包括：在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

下面分别介绍本实施例所述的进行自适应环路滤波ALF的方法在编码端和解码端的具体实施过程。

一、编码端

在编码端，主要是完成当前图像的滤波系数求解及控制开关得到。

1、滤波系数求解

视频编码中分为一个亮度分量(Y)和两个色度分量(Cb、Cr)，要分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数，流程如图3所示。

其中，所述对当前图像的亮度分量训练滤波系数，具体包括：

步骤A1，将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用与每个基本区域的重构像素值和原始像素值，训练每个基本区域的滤波器的滤波系数。本步骤中，将亮度分量划分为16个区域，有利于在视频编解码中实现高效的自适应环路滤波，基本区域的标号顺序可以是如图4所示的顺序，且每个基本区域可以采用如图5所示的7x7十字和3x3叠加的对称形状的滤波器。另外，本步骤中按照均方误差最小的原则训练每个基本区域的滤波器的滤波系数，其中均方误差最小的原则即是重构像素值和原始像素值失真最小的原则。

步骤A2，按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价。

步骤A3，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则返回步骤A2，否则执行步骤A4。可知，步骤A2和步骤A3主要是使合并过程迭代进行直到合并为一组滤波器(或一个区域)为止。

步骤A4，选择步骤A2中所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为最终的亮度分量的滤波系数训练结果。

经步骤A4处理后，视频图像亮度分量包含不进行ALF滤波以及使用N组滤波器进行ALF滤波，其中N是根据率失真性能自适应决定的。

本实施例提出按照合并后的顺序编码每个区域内基本区域的数目来表示表示图像区域合并的结果，语法元素如表1所示，其中alf_region_distance[i]表示亮度分量第i个自适应滤波器区域基本单元起始标号与第i-1个自适应滤波器之间区域基本单元起始标号间标号的差值，即alf_region_distance[i]表示了第i-1个合并区域中基本区域的数量，例如alf_region_distance[1]＝2表示第0组合并区域包含2个基本单元。如果存在4个合并区域，若alf_region_distance[1]＝4，alf_region_distance[2]＝5，alf_region_distance[3]＝2，则第0个合并区域包含第0、1、2、3基本区域，第2个合并区域包含第4、5基本区域，第3个合并区域包含第6、7基本区域，剩余所有基本区域合并为第4个区域。

表1 自适应环路滤波参数语法元素

另外，对当前图像的色度分量训练滤波系数，则具体包括：将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，分别利用两个色度分量的重构像素值和原始像素值，按照均方误差最小的原则训练滤波系数。比较使用训练的滤波系数进行滤波和不进行滤波的率失真代价，如果使用该滤波系数进行滤波的率失真代价小，那么该图像通道使用ALF滤波，并编码相应滤波系数和控制开关，否则该图像通道不进行ALF滤波。其中，均方误差最小的原则即是每个通道的重构像素值和原始像素值最小的原则。

此外，为了进一步降低编码ALF的滤波系数的代价，在编码端求解出当前图像的滤波系数后，还包括：将所有滤波系数约束到设定的精度要求内，并以整数形式表示。其中，参考图5的滤波器形状，可按滤波器形状的中心系数和非中心系数分别进行约束，其中非中心系数首先编码，然后再编码中心系数和非中心系数和的差值。

考虑到滤波器对不同的区域滤波性能的差异，对于每个颜色分量(亮度和色度分量)，本发明提出对每个最大编码单元(LCU)增加一个滤波与不滤波的控制开关(flag)的语法元素，如表2所示。对于每个LCU，计算滤波与不滤波的率失真代价，如果滤波后率失真代价小于不滤波的率失真代价，那么进行ALF滤波，反之亦然。

表2 条带语法元素定义中ALF对于LCU开关控制语法元素

具体地，根据所述滤波系数对当前图像的各个颜色分量进行滤波，得到帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关，参考图6，包括：

第一步，计算每个LCU中亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置0。

第二步，计算图像的亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该图像的亮度分量进行滤波，将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0。

第三步，将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

第四步，计算Cr分量上进行ALF滤波和的整帧的率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

第五步，根据每个分量的帧级控制开关和LCU级控制开关，对每个LCU的所有分量进行ALF处理。

可知，本实施例中分别编码各个颜色分量ALF帧级滤波控制开关，如果亮度分量开关打开，那么编码亮度分量区域划分的结果及相应的滤波系数和LCU级滤波控制开关；如果Cb/Cr分量开关打开，那么编码色度分量Cb/Cr分量的滤波系数和LCU级滤波控制开关。

二、解码端

在解码端主要完成滤波系数重构和像素滤波，其中，在解码端根据所述帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，参考图7，具体包括：

步骤B1，解析序列头信息，根据序列头信息判断序列是否使用ALF，若是，则执行步骤B2，否则按照原有解码方式解码。

步骤B2，解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则执行步骤B3，否则执行步骤B4。

步骤B3，解析出亮度分量的滤波系数，具体是解析亮度分量的区域合并结果及对应的滤波系数。

步骤B4，若两个色度分量中的帧级滤波控制开关打开，则解析色度分量的滤波系数。

步骤B5，根据解析出的滤波系数，重构滤波系数。

另外，根据所述LCU级滤波控制开关，采用重构后的滤波器系数对LCU中的每个像素进行滤波，具体包括：若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；若色度分量帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

也就是说，如果某一颜色分量的ALF帧级控制开关打开，那么在解析LCU级语法元素时，需要解析该分量重LCU是否进行ALF滤波的控制信息，如果对应LCU的ALF标识表示需要进行滤波，那么利用重构的ALF系数按照下面的公式对LCU中每个像素进行滤波。

$\mathrm{ptmp}=\mathrm{alf}\_\mathrm{coeff}\left[8\right]\×p(x,y)+\underset{j=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{alf}\_\mathrm{coeff}\left[j\right]\×(p(x-\mathrm{Hor}[j],y-\mathrm{Ver}[j\left]\right)+p(x+\mathrm{Hor}[j],y+\mathrm{Ver}[j\left]\right))$

p_tmp＝(t_tmp+32)>>6

p(x,y)＝max(0,min(p_tmp,255))

其中p(x,y)是进行滤波处理的像素，Hor[j]和Ver[j]分别表示水平坐标偏移量和垂直坐标偏移量，其值见表3，alf_coeff[i]表示对应的滤波器系数，其中ALF_NUM_BIT_SHIFT滤波器系数的移位精度，offset表示滤波偏移量，其值为：offset＝(1<<(ALF_NUM_BIT_SHIFT-1))。

表3 样本补偿滤波坐标偏移量

j	0	1	2	3	4	5	6	7
									Hor	0	0	1	0	1	3	2	1
Ver	3	2	1	1	-1	0	0	0

实施例二

本实施例是对应实施例一的一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的装置，如图8所示，包括：编码端滤波模块，用于在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及解码端滤波模块，用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

其中，所述编码端滤波模块包括：滤波系数求解模块，用于分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数；以及控制开关设置模块，用于根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关。

其中，所述滤波系数求解模块包括亮度分量滤波系数训练模块和色度分量滤波系数训练模块，而所述亮度分量滤波系数训练模块又包括：区域划分模块，用于将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用与每个基本区域对应的未压缩图像的亮度分量，训练每个基本区域采用的滤波器的滤波系数；区域合并模块，用于按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则继续执行区域合并，否则调用滤波系数确定模块；以及滤波系数确定模块，用于选择所述区域合并模块的所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为亮度分量的滤波系数训练结果。

将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，所述色度分量滤波系数训练模块分别利用两个色度分量对应的未压缩图像，训练滤波系数，以及用于比较使用训练的滤波系数进行滤波和不进行滤波的率失真代价，如果使用该滤波系数进行滤波的率失真代价小，那么该图像通道使用ALF滤波，并编码相应滤波系数和控制开关，否则该图像通道不进行ALF滤波。

其中，所述控制开关设置模块又包括：LCU级滤波控制开关设置模块，用于计算每个LCU中亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置0；亮度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于计算图像的亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该图像的亮度分量进行滤波，将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0；色度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；用于计算Cr分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1。

另外，所述解码端滤波模块包括滤波系数重构模块，其用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，具体地，所述滤波系数重构模块包括：ALF滤波判断模块，用于解析序列头信息中的序列级滤波控制开关，若该序列级滤波控制开关打开，若是则进行帧级滤波控制开关判断，否则按照原有解码方式解码；以及帧级滤波控制开关判断模块，用于解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出亮度分量的滤波系数，否则若两个色度分量中任意一个色度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出对应的色度分量的滤波系数。

另外，所述解码端滤波模块还包括滤波模块，该滤波模块用于根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。其中，所述滤波模块又包括：亮度分量像素滤波模块，若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；以及色度分量像素滤波模块，若色度分量帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

本实施例在编码端和解码端的具体实施过程与实施例一相同，这里不再多述。

本实施例还给出了一种视频编解码系统，其包括上述的进行自适应环路滤波的装置。

采用实施例一和实施例二的技术方案，在AVS2参考软件RD8.0上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的性能对比如表4所示，

表4.RD8.0通测条件下ALF打开和关闭的性能对比

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种在视频编解码中进行自适应环路滤波ALF的方法，其特征在于，包括：

在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及

在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在编码端求解出当前图像的滤波系数，具体包括：分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对当前图像的亮度分量训练滤波系数，具体包括：

步骤A1，将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用每个基本区域的重构像素值和原始像素值，训练每个基本区域采用的滤波器的滤波系数；

步骤A2，按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价；

步骤A3，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则返回步骤A2，否则执行步骤A4；以及

步骤A4，选择步骤A2的所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为亮度分量的滤波系数训练结果。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对当前图像的色度分量训练滤波系数，具体包括：

将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，分别利用两个色度分量对应的重构像素值和原始像素值，训练滤波系数；以及

比较使用训练的滤波系数进行滤波和不进行滤波的率失真代价，如果使用该滤波系数进行滤波的率失真代价小，那么该图像通道使用ALF滤波，并编码相应滤波系数和控制开关，否则该图像通道不进行ALF滤波。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当前图像的亮度分量和色度分量采用形状相同的滤波器，分别训练亮度分量和色度分量采用的滤波器的滤波系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用7x7十字和3x3叠加的对称形状的滤波器。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在编码端求解出当前图像的滤波系数后，还包括：根据滤波器形状，按中心滤波系数和非中心滤波系数分别进行滤波系数的约束，其中首先编码非中心滤波系数，然后采用差分预测编码方法编码中心滤波系数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关，具体包括：

计算每个LCU中对亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；

计算图像的亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该图像的亮度分量进行ALF滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行ALF滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0；

将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；以及

计算Cr分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，具体包括：

步骤B1，解析序列头信息中的序列级滤波控制开关，若该序列级滤波控制开关打开，则执行步骤B2，否则按照原有解码方式解码；

步骤B2，解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则执行步骤B3，否则执行步骤B4；

步骤B3，解析出亮度分量的滤波系数；

步骤B4，若两个色度分量中任意一个色度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出对应的色度分量的滤波系数；

步骤B5，根据解析出的滤波系数，重构滤波系数。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述LCU级滤波控制开关，采用重构后的滤波器系数对LCU中的每个像素进行滤波，具体包括：

若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；以及

若色度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

11.一种在视频编解码中进行自适应环路滤波的装置，其特征在于，包括：

编码端滤波模块，用于在编码端求解出当前图像的滤波系数，根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关；以及

解码端滤波模块，用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构，并根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述编码端滤波模块包括：

滤波系数求解模块，用于分别对当前图像的亮度分量和色度分量训练滤波系数；以及

控制开关设置模块，用于根据所述滤波系数对当前图像的各颜色分量进行滤波，并得到各颜色分量的帧级滤波控制开关和LCU级滤波控制开关。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述滤波系数求解模块包括亮度分量滤波系数训练模块和色度分量滤波系数训练模块；

其中，所述亮度分量滤波系数训练模块又包括：

区域划分模块，用于将当前图像的亮度分量划分为16个基本区域，利用与每个基本区域的重构像素值和原始像素值，训练每个基本区域采用的滤波器的滤波系数；以及

区域合并模块，用于按照基本区域标号顺序依次将相邻的两个基本区域合并为一个区域，并训练合并区域的滤波系数，计算合并后整帧图像亮度分量的率失真代价，选择率失真代价最小的两个相邻区域继续合并，若当前区域数目大于1，则继续执行区域合并，否则调用滤波系数确定模块；以及

滤波系数确定模块，用于选择所述区域合并模块的所有合并结果中率失真代价最小的合并结果，并和不进行ALF滤波的率失真代价进行比较，选择率失真代价最小的结果作为亮度分量的滤波系数训练结果。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制开关设置模块包括：

LCU级滤波控制开关设置模块，用于计算每个LCU中亮度分量进行ALF滤波的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则将该LCU标记为进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行亮度ALF滤波，并将LCU级滤波控制开关置0；

亮度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于计算图像的亮度分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，如果进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，则该图像的亮度分量进行滤波，将该亮度分量的帧级滤波控制开关置1，否则该亮度分量不进行滤波，并将该亮度分量的帧级滤波控制开关置0；以及

色度分量的帧级滤波控制开关设置模块，用于将当前图像的两个色度分量记作Cb和Cr，计算Cb分量上每个LCU的率失真代价，若进行ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该LCU标记为进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则标记为不进行Cb分量的ALF滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0；用于计算Cr分量上进行ALF滤波和不进行ALF滤波的整帧率失真代价，若ALF滤波的率失真代价小于不进行ALF滤波的率失真代价，那么该Cr分量进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置1，否则不进行滤波，并将对应的LCU级滤波控制开关置0。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述解码端滤波模块包括滤波系数重构模块，其用于在解码端根据各颜色分量的帧级滤波控制开关及对应的滤波系数，进行滤波系数重构；

其中，所述滤波系数重构模块又包括：

ALF滤波判断模块，用于解析序列头信息中的序列级滤波控制开关，若该序列级滤波控制开关打开，若是则进行帧级滤波控制开关判断，否则按照原有解码方式解码；以及

帧级滤波控制开关判断模块，用于解析图像头信息中每个颜色分量的帧级滤波控制开关，若亮度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出亮度分量的滤波系数，否则若两个色度分量中任意一个色度分量的帧级滤波控制开关打开，则解析出对应的色度分量的滤波系数。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述解码端滤波模块还包括滤波模块，该滤波模块用于根据得到的LCU级滤波控制开关，选择性地采用重构后的滤波系数对LCU中的每个像素进行滤波；

其中，所述滤波模块又包括：

亮度分量像素滤波模块，若亮度分量的帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的亮度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的亮度分量像素进行滤波处理；以及

色度分量像素滤波模块，若色度分量帧级控制开关打开，则需根据解析出的LCU级滤波控制开关判断该LCU的色度分量是否进行滤波，若是，则选择重构的该LCU所处区域的滤波系数对该LCU内部的色度分量像素进行滤波处理。

17.一种视频编解码系统，其特征在于，包括权利要求11至16中任一项所述的进行自适应环路滤波的装置。