CN110121069A - 基于十字界的hevc环路滤波方法 - Google Patents

基于十字界的hevc环路滤波方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于十字界的HEVC环路滤波方法，包括：将像素划分为多个像素块；划分多个十字界单元覆盖所述像素块以及所述像素块的每一个边缘的4x4像素；判断第一个十字界单元是否需要去块滤波并进行去块滤波；判断第二个所述十字界单元是否为最后一个十字界单元；如果不是，第二个所述十字界单元进行去块滤波，同时，第一个所述十字界单元进行采样自适应滤波的统计计算；直到所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，所有十字界单元进行自适应滤波的滤波计算。本发明中，进行去块滤波后，不用存回寄存器，接着进行自适应滤波的统计计算，可以减少从寄存器存取数据的次数，减少硬件功耗，还能减少数据处理时间。

Description

基于十字界的HEVC环路滤波方法
技术领域
本发明涉及编码技术领域，尤其是涉及一种基于十字界的HEVC环路滤波方法。
背景技术
随着音视频产业的不断发展，国际上对于音视频编解码技术的要求也越来越高，出现了以MPEG-x、H.26x两大系列为主的视频编码技术国际标准。这些视频编码标准能在保持视频主观质量的条件下，对信息量极大的视频信号进行高效压缩，极大降低存储空间和网络带宽要求。
H.265标准引入了四叉树分割的编码方式，一般将图像以64x64为单元进行分割，每个64x64像素块为一个编码树单元(Coding Tree Unit，CTU)，每个CTU包含一个64x64大小的Y分量像素块、一个32x32大小的U分量像素块以及一个32x32大小的V分量像素块，其中每个块又称为编码树块(Coding Tree Block，CTB)。每个CTU在编码过程中会进行遍历分割为若干个编码单元(Coding Unit，CU)，大小为8x8至64x64不等。
为了解决这种基于块的编码过程中引入的块效应(Blocking Artifact)及振铃效应(Ringing Effect)，H.265标准提出了环路滤波(Loop Filter，LF)算法，包括去块效应滤波(DeBlocking，DB)与采样自适应滤波(Sample Adjust Offset，SAO)。H.265标准规定对非图像边界、8x8栅格上的CU/PU/TU边界进行环路滤波。DB与SAO有先后顺序，SAO需要使用DB之后的像素值。
目前业内一些实现环路滤波的方式是：先读取重构图像像素，进行DB滤波，存放回寄存器，再读取DB滤波后的像素进行当前CTU的SAO统计计算，基于SAO统计结果进行滤波参数计算，最后再读取DB滤波后的像素进行SAO滤波计算。从以上的步骤描述来看，图像像素数据被存取多次，既增加了硬件功耗，又拉长了处理时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于十字界的HEVC环路滤波方法，可以减少数据的存取次数，减少硬件功耗，节省时间。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于十字界的HEVC环路滤波方法，包括：S11：将像素划分为多个像素块；
S12：对多个所述所述像素块进行十字界划分，划分为多个十字界单元，多个所述十字界单元覆盖所述像素块以及所述像素块的每一个边缘的4x4像素；
S13：判断第一个所述十字界单元是否需要去块滤波；
S14：如果是，则对第一个所述十字界单元进行去块滤波；
S15：判断第二个所述十字界单元是否为最后一个十字界单元；
S16：如果不是，对第二个所述十字界单元进行去块滤波，同时，对第一个所述十字界单元进行采样自适应滤波的统计计算；
S17：重复S13到S16步骤，所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，之后，所有十字界单元进行自适应滤波的滤波计算，输出采样自适应滤波的滤波计算后的图像。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，在S15步骤中，如果是，则所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，所有十字界单元进行采样自适应滤波的滤波计算。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，所述十字界单元的扫描顺序为光栅扫描顺序。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，将所述像素划分为多个64x64像素块，所述64x64的像素块能够划分为81个十字界单元，形式为9x9的阵列模式。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，所述采样自适应滤波的统计计算分为两种模式，两种模式统计计算后选择较佳的一个作为采样自适应滤波的滤波计算时的参考值。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，采样自适应滤波的统计计算分为边界偏置模式和带状偏置模式。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，所述边界偏置模式的方法包括：选取十字界单元的中心像素点，十字界单元的中心像素点和周围相邻的几个像素组成3x3阵列形式的区域，以四种角度划分中心像素的两边的像素，以两边的像素的大小情况决定滤波模式。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中所述带状偏置模式的方法包括：将像素块内的像素值等分为32个区间，计算每一个区间内的残差像素的平均值。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，所述基于十字界的HEVC环路滤波方法还包括：所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算后的像素值存进寄存器。
可选的，在所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，在S13步骤中，如果十字界单元不需要滤波，则调至下一个十字界单元。
在本发明提供的基于十字界的HEVC环路滤波方法，进行去块滤波后，进行自适应滤波的统计计算，最后再进行自适应滤波的滤波计算，本发明中，进行去块滤波后，不用存回寄存器，接着进行自适应滤波的统计计算，可以减少从寄存器存取数据的次数，减少硬件功耗，还能减少数据处理时间。
附图说明
图1是本发明实施例的基于十字界的HEVC环路滤波方法的流程图；
图2是本发明实施例的十字界单元的划分示意图；
图3是本发明实施例的边界偏置模式的示意图；
图4至图9是本发明实施例的边界偏置模式的滤波示意图；
图10是本发明实施例的主状态机示意图；
图11是本发明实施例的从状态机示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
如图1，本发明提供了一种基于十字界的HEVC环路滤波方法，包括：
S11：将像素划分为多个像素块；
S12：对像素块进行十字界划分，划分为多个十字界单元，多个所述十字界单元覆盖所述像素块以及所述像素块的每一个边缘的4x4像素；
S13：判断第一个所述十字界单元是否需要去块滤波；
S14：如果是，对第一个所述十字界单元进行去块滤波；
S15：判断第二个所述十字界单元是否为最后一个十字界单元；
S16：如果不是，第二个所述十字界单元进行去块滤波，同时，第一个所述十字界单元进行采样自适应滤波的统计计算；
S17：重复S13到S16步骤，所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，之后，所有十字界单元进行自适应滤波的滤波计算，输出采样自适应滤波的滤波计算后的图像。
现有技术中，像素块去块滤波后，存放到缓存区，所有像素块去块滤波完成后再进行采样自适应滤波，像素块数据多次存取，既增加了硬件的功耗又增加了处理时间，本发明中，将像素块划分为多个十字界单元，并且将采样自适应滤波的统计计算和滤波计算分开处理，第一个十字界单元进行去块滤波后，第二个十字界单元进行去块滤波，同时，第一个十字界单元进行自适应滤波的统计计算(去块滤波和所述自适应采样滤波的统计计算乒乓进行)，多个十字界单元的统计计算完成后进行自适应滤波的滤波计算。十字界单元去块滤波后立即进行自适应滤波的统计计算，可以减少从缓存区存取数据这一步，节省硬件开销和时间，并且下一个十字界单元的去块滤波和上一个十字界单元的自适应滤波的统计计算同时进行，还可以进一步的节省时间。
本实施例中，在S15步骤中，如果是，则所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，所有十字界单元进行采样自适应滤波的滤波计算。每一个像素块完成去块滤波和采样自适应滤波的统计计算后，进行采样自适应滤波的滤波计算，而判断一个像素块是否完成去块滤波和采样自适应滤波的统计计算，则根据是否为最后一个十字界单元来判断，如果是最后一个十字界单元，则这个十字界单元完成后，所有十字界单元完成了采样自适应滤波的统计计算。
进一步的，所述十字界单元的扫描方式为光栅扫描顺序。相比现有技术，本发明实施例可以降低硬件设计难度。
本实施例中，将所述像素划分为多个64x64像素块，64x64的像素块能够划分为81个十字界单元，形式为9x9的阵列模式。参照图2，64x64的像素块分为8x8个格子，每个格子8x8像素。
进一步的，采样自适应滤波的统计计算分为两种模式，两种模式统计计算后选择较佳的一个作为采样自适应滤波的滤波计算时的参考值。两种模式分别为：采样自适应滤波模式分为边界偏置模式和带状偏置模式。采样自适应滤波的统计计算后，选择一种模式的计算值作为后续采样自适应滤波的滤波计算的参考。
本实施例中，所述边界偏置模式的方法包括：选取十字界单元的中心像素点，十字界单元的中心像素点和周围相邻的几个像素组成3x3阵列形式的区域，以四种角度划分的中心像素的两边的像素，以两边像素的大小的情况决定滤波模式。十字界单元的中心像素点和周围相邻的几个像素组成3x3阵列形式的区域，如图3，为了方便理解，可以将3x3阵列形式的区域的像素依次命名为：a、b、c、d、e、f、g、h和i，将3x3阵列形式的区域计算形成四种模式，第一种模式以e为中心，计算e减去d和e减去f的值，第二种模式是e减去a的值和e减去i的值，第三种模式是计算e减去b的值和e减去h的值，第四种模式是e减去c的值和e减去g的值，即以0°、135°、90°和45°的方向分别计算中心像素与其相邻的两个像素的差值。如图4至图9，每一种模式下可能还会存在6种子模式，例如，第一种模式下，通过计算e减去d和e减去f的值，e、d和f的值的曲线可能存在以下6种不平滑的现象：1、d和f都大于e；2、d大于e等于f；3、d等于e小于f；4、d等于e大于f；5、d小于e等于f；6、d和f都小于e。前三种现象(图4至图6)可以通过提升e的值，后三种现象(图7至图9)可以通过降低c的值来使得曲线变得平滑。
本实施例中，所述带状偏置模式的方法包括：将像素值等分为32个区间，计算每一个区间内的残差像素的平均值。这些都是通用技术的规范，在此不再赘述。
进一步的，所述基于十字界的HEVC环路滤波方法还包括：所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算后的像素值存进寄存器。进行自适应采样滤波的滤波计算时，从寄存器内读取数据，自适应采样滤波的滤波计算为通用技术，在此不再赘述。
进一步的，在S13步骤中，如果十字界单元不需要滤波，调至下一个十字界单元。参照图10和图11，去块滤波和采样自适应滤波的滤波计算都需要判断十字界单元是否需要滤波，如果不需要，可以跳过此十字界单元。具体的，可以通过状态机进行控制，状态机分为主状态机和从状态机，图10为主状态机的示意图，图11为从状态机的示意图，在存取数据步骤的主状态机，从存放整个数据的存储器，先取4x4小块的blk0与blk1写到十字界单元的寄存器，W01和W02是写寄存器，再取4x4小块的blk2与blk3写到十字界单元的寄存器；在等待去块滤波完成后，又读回十字界单元的寄存器的4x4小块写到存储器，R01和R02是读寄存器。对于8x8像素块，数据不完整时，可只读写4x4小块的某一部分；对像素块整个都不需要做DB滤波时，相当于这块8x8数据不会变化，则不需要再写回存储器，从主状态机示意图看，可以直接从Wait跳至Idle状态。从从状态机示意图看，IDLE状态可跳至任意十字界单元(Edge0、Edge1、Edge2、和Edge3)开始去块滤波，在任意十字界单元，也可调制另一十字界单元进行下一次去块滤波或跳回IDLE状态。
最终，去块滤波需遍历扫描8行、8列、加上存取数据时间，约20个时钟周期；采样自适应滤波的统计计算需扫描2次，约16个时钟周期；所以，以每个像素块处理需要20个时钟周期估算，对于64x64像素块，有81个十字界单元，对于32x32像素块，有25个十字界单元。于是，估算整个像素块需要20*(81+25+25)＝2620cycle/像素块,再加上采样自适应滤波的滤波计算以及输出的时间，总计不超过4000cycle/像素块。相比现有技术，节省了较多的时间。
综上，在本发明实施例提供的基于十字界的HEVC环路滤波方法中，进行去块滤波后，进行自适应滤波的统计计算，最后再进行自适应滤波的滤波计算，本发明中，进行去块滤波后，不用存回寄存器，接着进行自适应滤波的统计计算，可以减少从寄存器存取数据的次数，减少硬件功耗，还能减少数据处理时间。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，包括：
S11：将像素划分为多个像素块；
S12：对多个所述像素块进行十字界划分，划分为多个十字界单元，多个所述十字界单元覆盖所述像素块以及所述像素块的每一个边缘的4x4像素；
S13：判断第一个所述十字界单元是否需要去块滤波；
S14：如果是，则对第一个所述十字界单元进行去块滤波；
S15：判断第二个所述十字界单元是否为最后一个十字界单元；
S16：如果不是，对第二个所述十字界单元进行去块滤波，同时，对第一个所述十字界单元进行采样自适应滤波的统计计算；
S17：重复S13到S16步骤，所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，之后，所有十字界单元进行自适应滤波的滤波计算，输出采样自适应滤波的滤波计算后的图像。
2.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，在S15步骤中，如果是，则所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算，所有十字界单元进行采样自适应滤波的滤波计算。
3.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，所述十字界单元的扫描顺序为光栅扫描顺序。
4.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，将所述像素划分为多个64x64像素块，所述64x64的像素块能够划分为81个十字界单元，形式为9x9的阵列模式。
5.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，所述采样自适应滤波的统计计算分为两种模式，两种模式统计计算后选择较佳的一个作为采样自适应滤波的滤波计算时的参考值。
6.如权利要求5所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，采样自适应滤波的统计计算分为边界偏置模式和带状偏置模式。
7.如权利要求6所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，所述边界偏置模式的方法包括：选取十字界单元的中心像素点，十字界单元的中心像素点和周围相邻的几个像素组成3x3阵列形式的区域，以四种角度划分中心像素的两边的像素，以两边的像素的大小情况决定滤波模式。
8.如权利要求6所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，所述带状偏置模式的方法包括：将像素块内的像素值等分为32个区间，计算每一个区间内的残差像素的平均值。
9.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，所述基于十字界的HEVC环路滤波方法还包括：所有十字界单元完成采样自适应滤波的统计计算后的像素值存进寄存器。
10.如权利要求1所述的基于十字界的HEVC环路滤波方法，其特征在于，在S13步骤中，如果十字界单元不需要滤波，则调至下一个十字界单元。
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