CN1571515A - 一种环路滤波器及滤波方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及视频编码及视频图像技术领域，特别是一种环路滤波器及滤波方法。特征是：1)根据块类型和帧间预测运动向量判断得到滤波权重；2)根据滤波权重和边界两边编码块的量化步长得到滤波阈值；3)根据边界两边样本值和滤波阈值决定是否滤波。本发明适用于视频编码设计。
Description
技术领域
本发明涉及视频编码及视频图像技术领域，特别是一种环路滤波器及滤波方法。
技术背景
现代视频编码从80年代末开始，从MPEG-1、H.261到现在的MPEG-4、H.264已经有很长的研究历史，提出了很多国际标准，但是基本思想仍然是基于分块变换、运动预测和熵编码的混合编码，基本流程如图1所示。将待编码图像帧划分为大小相等的块，使用当前帧已编码数据进行帧内预测，或使用以前已编码帧数据，通过运动补偿(MC：MotionCompensation)进行帧间预测。得到预测值后，将当前值与预测值相减得到残差值，对残差值进行离散余弦变换(DCT：Discrete CosineTransform)，对变换后系数进行量化(Quan：Quantify)，对量化后系数进行熵编码(EC：Entropy Coding)从而得到编码码流。为了使用已编码帧进行预测，将量化后系数进行反量化(IQuan：Inverse Quantify)和反离散余弦变换(IDCT：Inverse Discrete Cosine Transform)得到残差值，与预测值相加得到重建值，放入帧缓存(FB：Frame Buffer)中用于后继图像的编码预测。
由于分块变换时块边界的样本值在经过变换量化和反量化反变换过程后，失真通常比块中央的样本大；并且由于边界两步的编码块量化步长不同和失真方向不同，从而使得在编码重建图像中存在明显的块效应。如图2所示，圆点为原始样本值，方块为编码后重建样本值，竖线为块边界，可以看出在边界上有明显的突变，主观视觉上会产生原始图像没有的边界。
采用运动预测时，参考图像的块边界通常不会精确的落在当前编码图像的块边界上，如图3所示，从而在编码重建图像中块内部也产生了边界效应，严重影响编码效率和主观质量。
为了解决以上问题，在图1中的IDCT和Frame Buffer之间增加一个去块效应滤波器(Deblock Filter)，如图4所示。由于这个滤波器处于编码环路之中，又可以称为环路滤波器(Loop Filter)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环路滤波器及滤波方法。
环路滤波方法，它可以显著提高视频主观质量和编码效率。其步骤如下：
1)根据块类型和帧间预测运动向量判断得到滤波权重；
2)根据滤波权重和边界两边编码块的量化步长得到滤波阈值；
3)根据边界两边样本值和滤波阈值决定是否滤波。
附图说明
图1是传统的混合编码示意图。
图2是块边界效应示意图。
图3是运动预测时块边界效应示意图。
图4是本发明的加入环路滤波器的混合编码示意图。
图5是本发明的边界样本示意图。
具体实施方式
为了提高编码效率和重建图像的主观质量，在传统混合编码过程(图1)的基础上，得到重建图像后，在将其放入帧缓存Frame Buffer之前，进行去块效应滤波，如图4所示。由于这个滤波器处于编码环路之中，又可以称为环路滤波器。
其具体过程如下：
将待编码图像帧划分为大小相等的块，使用当前帧已编码数据进行帧内预测，或使用以前已编码帧数据；通过运动补偿(MC：MotionCompensation)进行帧间预测，得到预测值后，将当前值与预测值相减得到残差值，对残差值进行离散余弦变换(DCT：Discrete CosineTransform)；对变换后系数进行量化(Quan：Quantify)，对量化后系数进行熵编码(EC：Entropy Coding)从而得到编码码流；为了使用已编码帧进行预测，将量化后系数进行反量化(IQuan：Inverse Quantify)和反离散余弦变换(IDCT：Inverse Discrete Cosine Transform)得到残差值；与预测值相加得到重建值，进行去块效应滤波(DF：Deblock Fiffer)；放入帧缓存(FB：Frame Buffer)中用于后继图像的编码预测。
对重建图像的亮度和色度分别做环路滤波，首先从左到右对竖直边界滤波，然后从上到下对水平边界滤波。当前编码块的上边或者左边的样本值可能在以前的编码块环路滤波过程中已经被修改，当前编码的环路滤波的输入为这些可能被修改了的样本值，并且当前编码块环路滤波可能进一步修改这些样本值。当前编码块竖直边界滤波过程中修改的样本值作为水平边界滤波过程的输入。
如图5所示，p2、p1、p0、q0、q1、q2分别为边界两边滤波前的样本值，用P2、P1、P0、Q0、Q1、Q2代表对应位置滤波后的样本值。
根据块类型和帧间预测运动向量判断得到滤波强度Bs的推导过程如下：
1、如果边界两边的两个编码块有一个或两个都属于帧内预测宏块，Bs等于2。
2、否则，如果满足以下两个条件中的任一个，Bs等于1。
·两个块的参考图像不同。
·两个块的参考图像相同，但是两个运动向量分量中任一个分量的差值大于一个像素。
3、否则，Bs等于0。
根据滤波权重和边界两边编码块的量化步长得到滤波阈值Alpha、Beta和Clip的推导过程如下：
设边界两边编码块的量化步长分别为QPp和QPq，则量化步长的平均值QPav为
QPav＝(QPp+QPq+1)＞＞1
根据Bs和QPav得到滤波阈值Alpha、Beta和Clip，阈值为经验值，可根据统计建表，查表得到。
根据边界两边样本值和滤波阈值决定是否滤波及具体滤波过程如下：
定义数学函数
Clip1(x)＝Clip3(0，255，x)
对p0和q0滤波的计算过程如下：
delta＝Clip3(-Clip，Clip，(((q0-p0)×3+(p1-q1)+4)＞＞3))
P0＝Clip1(p0+delta)
Q0＝Clipl(q0-delta)
对p1和q1滤波的计算过程如下：
1、如果为色度边界，则不对p1和q1滤波。
2、如果在亮度边界处有|p2-p0|＜Beta，则
delta＝Clip3(-Clip，Clip，(((p0-p1)×3+(p2-q0)+4)＞＞3))
P1＝Clip1(p1+delta)
3、如果在亮度边界处有|q2-q0|＜Beta，则
delta＝Clip3(-Clip，Clip，(((q1-q0)×3+(p0-q2)+4)＞＞3))
Q1＝Clip1(q1-delta)
Claims (5)
1.一种环路滤波方法，其步骤如下：
1)根据块类型和帧间预测运动向量判断得到滤波权重；
2)根据滤波权重和边界两边编码块的量化步长得到滤波阈值；
3)根据边界两边样本值和滤波阈值决定是否滤波。
2.根据权利要求1所述的环路滤波方法，其特征在于：根据块类型和帧间预测运动向量判断得到滤波权重。
3.根据权利要求1所述的环路滤波方法，其特征在于：根据滤波权重和边界两边编码块的量化步长得到滤波阈值。
4.根据权利要求1所述的环路滤波方法，其特征在于：根据边界两边样本值和滤波阈值决定是否滤波。
5.一种环路滤波器混合编码的方法，其步骤如下：将待编码图像帧划分为大小相等的块，使用当前帧已编码数据进行帧内预测，或使用以前已编码帧数据；通过运动补偿(MC)进行帧间预测，得到预测值后；将当前值与预测值相减得到残差值，对残差值进行离散余弦变换(DCT)；对变换后系数进行量化(Quan)，对量化后系数进行熵编码(EntropyCoding)从而得到编码码流；为了使用已编码帧进行预测，将量化后系数进行反量化(IQuan)和反离散余弦变换(IDCT)得到残差值；与预测值相加得到重建值，进行去块效应滤波(DF)；放入帧缓存(FB)中用于后继图像的编码预测。
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