1.0 引言

高效視頻編碼（HEVC）是H.264/MPEG-4 AVC（高級(jí)視頻編碼）的一種升級(jí)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(dòng)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(shí)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(huì)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(gè)可去除視頻編碼過程中塊效應(yīng)的兩個(gè)級(jí)組成的級(jí)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(lái)的兩部分內(nèi)容將詳細(xì)描述這個(gè)級(jí)。

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(jì)算

2. 濾波器的實(shí)際運(yùn)行

縱觀整個(gè)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(jì)算是在一個(gè)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(gè)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(gè)4像素段的所有像素而言，邊界濾波強(qiáng)度計(jì)算的屬性可以被組合。就強(qiáng)度計(jì)算而言，我們假設(shè)每個(gè)4像素段作為一個(gè)級(jí)。請(qǐng)注意，邊界濾波強(qiáng)度計(jì)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(hào)

2.1.1 邊界濾波強(qiáng)度功能概述

邊界濾波強(qiáng)度計(jì)算是在一個(gè)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(cè)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(shí)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(jí)（不是LCU級(jí)），如下所示：

1. 在整個(gè)幀處理過程中，對(duì)所有塊的豎向邊緣都進(jìn)行了H濾波。

2. 在整個(gè)幀處理過程中，對(duì)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(jí)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(jí)別（弱濾波/強(qiáng)濾波）以及最終的實(shí)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(gè)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》2）） && （ |p3，0- p0，0| + |q3，0- q0，0| 》3）） && （ | p0，0- q0，0| 》1））） dSam0 = 1

If （ （2*dpq3 》2）） && （ |p3，3- p0，3| + |q3，3- q0，3| 》3）） && （ | p0，3- q0，3| 》1））） dSam3 = 1

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

如果 （dp 》1））》》3） ） dEp = 1 //對(duì)濾波采樣的數(shù)量進(jìn)行弱濾波

If （dq 》1））》》3） ） dEq = 1 //對(duì)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

2.2.3 亮度強(qiáng)濾波以及弱濾波

2.2.3.1 亮度強(qiáng)濾波機(jī)制

4像素部分共享同一個(gè)判定（dE， dEp， dEq）

如果（dE == 2），則進(jìn)行強(qiáng)濾波以修改每端的三個(gè)像素

p0‘ = Clip3（ p0？2*tc， p0+2*tc， （ p2 + 2*p1 + 2*p0 + 2*q0 + q1 + 4 ） 》》 3 ）

p1’ = Clip3（ p1？2*tc， p1+2*tc， （ p2 + p1 + p0 + q0 + 2 ） 》》 2 ）

p2‘ = Clip3（ p2？2*tc， p2+2*tc， （ 2*p3 + 3*p2 + p1 + p0 + q0 + 4 ） 》》 3 ）

q0’ = Clip3（ q0？2*tc， q0+2*tc， （ p1 + 2*p0 + 2*q0 + 2*q1 + q2 + 4 ） 》》 3 ）

q1‘ = Clip3（ q1？2*tc， q1+2*tc， （ p0 + q0 + q1 + q2 + 2 ） 》》 2 ）

q2’ = Clip3（ q2？2*tc， q2+2*tc， （ p0 + q0 + q1 + 3*q2 + 2*q3 + 4 ） 》》 3 ）

圖8 亮度DBLK濾波和邊緣周圍像素點(diǎn)的使用

2.2.3.2 亮度弱濾波機(jī)制

4像素部分共享同一個(gè)判定（dE， dEp， dEq）

如果（dE == 1），則進(jìn)行弱濾波以修改每端的一個(gè)或二個(gè)像素

D = （9*（q0– p0）-3*（q1–p1）+8）》》4

如果 （aBS（Δ） 》1），tc》》1，（（（p2+p0+1）》》1）–p1+Δ）》》1）

p1’ = Clip1Y（p1+Δp）

if dEq等于1，則濾波采樣值q1’規(guī)定如下：

Δq = Clip3（-（tc》》1），tc》》1，（（（q2+q0+1）》》1）–q1–Δ）》》1）

q1’ = Clip1Y（q1+Δq））

2.2.4 色度濾波

只有8x8色度像素網(wǎng)格上的PU和/或TU邊界得到濾波

邊界濾波強(qiáng)度源自亮度（對(duì)每個(gè)方向進(jìn)行２因素下行采樣）（請(qǐng)參見色度邊界濾波強(qiáng)度推導(dǎo)小節(jié)）

qPI = （ （（ QPQ + QPP + 1 ） 》》 1） + cqp_offset ）， 其中此處的cqp_offset分別代表組件Cb/U和Cr/V的pic_cb_qp_offset和pic_cr_qp_offset。

下表的qPI包括了qPC

圖9 色度DBLK濾波和邊緣周圍像素點(diǎn)的使用

表2 QPc向qPi轉(zhuǎn)換

tc = TC_TABLE［Clip3（0，53，qPC+2*（BS-1）+（tc_offset_div2 1時(shí)，則Chroma濾波器將被開啟

Δ = Clip3（-tC，tC，（（（（q0–p0）》3））

p0’ = Clip1C（p0+Δ）

q0’ = Clip1C（q0-Δ）

3.1.3 邊界條件處理

需要條件處理的有三種條件：

1. 圖像邊界（上、下、左、右）

2. 分片邊界以及slice_loop_filter_across_slices_enabled_flag = 0?？畿S分片濾波適用于給定分片邊界的左側(cè)和上側(cè)邊緣（并非所有方向）

3. 瓦片邊界和loop_filter_across_tiles_enabled_flag = 0

在上述情況中，分片邊界沿線的像素未被處理，具體取決于SAO類型。

就BO而言，所有像素都將被處理。

就EO而言，像素有效性將根據(jù)SAO類型進(jìn)行，如果在邊界條件下像素?zé)o效，其將跳過進(jìn)行處理（即0漂移）。

下圖對(duì)邊界條件處理進(jìn)行了描述。

圖14 SAO解碼器的邊界處理實(shí)例

3.1.4 條件處理

在下列條件時(shí)，SAO濾波將關(guān)閉。

SAO類型idx = OFF

CU類型 = PCM且環(huán)路濾波器被描述為PCM類型

CU類型 = TQBypss（無(wú)損耗）

限幅電平SAO = OFF

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