CN104683819A - 一种自适应环路滤波方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种自适应环路滤波方法及装置，本发明为了利用帧与帧之间的相关性，对已编码的滤波系数进行缓存，在训练滤波系数时，将图像的亮度分量作为一个整体训练一套滤波系数，而后通过率失真优化的方法同缓存的时域系数进行比较，选出一套最优的滤波系数对当前图像滤波；本发明对色度分量滤波形状进行了简化，色度分量的滤波形状为5x5十字加3x3方形；本发明和现有技术相比所具有的有益效果：降低了运算复杂度和硬件缓存需求，节约了资源，符合实际应用的需求。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种自适应环路滤波方法及装置，属于数字信号处理技术领域。
背景技术
自适应环路滤波器(Adaptive Loop-in Filter,ALF)是视频编解码的重要技术之一。ALF采用了维纳滤波器，对编码后的重构数字信号进行处理，减小原始信号与失真信号之间的均方误差(MeanSquare Error,MSE)。对编码得到的重构信号进行滤波，可以提高重构信号的质量，提高后续参考图像的质量。
根据滤波器控制方式可以将ALF划分为三类：基于整帧的ALF、基于区域的ALF和基于四叉树划分的ALF。基于整帧的ALF通常会对于某些图像区块有较大的质量损失，而基于四叉树划分的ALF划分方式较为复杂，编码复杂度大。因此目前通常使用的是基于区域的ALF。基于区域的ALF通常将整幅图像划分成固定的等分区域，相同区域内使用同一滤波器系数。采用类Hilbert方法可以针对不同的区域自适应的选择最佳的滤波器系数，但区域数目越多，缓存空间占用越大，并且扫描方式越复杂，软硬件实现复杂度越高。
通常视频中相邻图像之间存在时域相关性，利用图像之间的相关性，编解码当前图像时可以利用已编解码的图像进行预测。但是现有的ALF技术并没有充分利用图像之间的相关性，不同图像之间的滤波系数相对独立。为了减少时域冗余性，ALF可以采用时域滤波器系数复用的方法对当前编解码图像滤波。
发明内容
为了简化计算方法，降低软硬件的要求，本发明提供一种自适应环路滤波方法，包括如下步骤，
利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波；
根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状；
通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
进一步地，利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波，还包括，对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
进一步地，其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状，还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
进一步地，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数，还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
进一步地，当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
进一步地，当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
一种自适应环路滤波装置，包括，
缓存时域滤波系数单元，用于利用图像之间的相关性，缓存N帧时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波。
求解滤波系数单元，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状。
滤波系数选择单元，用于通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
进一步地，所述缓存时域滤波系数单元还包括，用于对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
进一步地，所述求解滤波系数单元还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
进一步地，所述求解滤波系数单元还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
进一步地，当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
进一步地，当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
本发明和现有技术相比所具有的有益效果：降低了运算复杂度和硬件缓存需求，节约了资源，符合实际应用的需求。
附图说明
图1为本发明自适应环路滤波方法流程示意图；
图2为本发明自适应环路滤波装置单元图；
图3为本发明自适应环路滤波方法及装置的AVS2ALF区域划分及扫描方式示意图；
图4为本发明自适应环路滤波方法及装置的ALF滤波器亮度分量滤波器形状示意图；
图5为本发明自适应环路滤波方法及装置的ALF滤波器色度分量滤波器形状示意图；
图6为本发明自适应环路滤波方法及装置的测试序列BQSquare_416x240的率失真曲线示意图；
图7为本发明自适应环路滤波方法及装置的测试序列City_1080x720的率失真曲线示意图。
具体实施方式
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例：如图1、图3至图5所示，本实施例提供了一种自适应环路滤波方法，包括如下步骤，
步骤S10，利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波；
步骤S20，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状；
步骤S30，通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
在优选的方案中，利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波，还包括，对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
在优选的方案中，其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状，还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
在优选的方案中，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数，还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
在优选的方案中，当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
在优选的方案中，当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
如图2、图3至图5所示，本实施例还提供一种自适应环路滤波装置，包括，
缓存时域滤波系数单元10，用于利用图像之间的相关性，缓存N帧时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波。
求解滤波系数单元20，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状。
滤波系数选择单元30，用于通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
在优选的方案中，所述缓存时域滤波系数单元10还包括，用于对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
在优选的方案中，所述求解滤波系数单元20还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
在优选的方案中，所述求解滤波系数单元20还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
在优选的方案中，当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
在优选的方案中，当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
工作原理：
步骤S10，利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波；
步骤S20，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状；
步骤S30，通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
本实施例所具有的技术效果为，降低了运算复杂度和硬件缓存需求，节约了资源，符合实际应用的需求。
表1、表2、表3、图6和图7列出了本发明在AVS2参考软件RD7.0上的实现结果。图6和图7分别列出了BQSquare和City序列在不做ALF滤波和做ALF滤波时的率失真性能曲线。表1、表2表3的测试性能和图6、图7的率失真曲线表明本发明提出的ALF滤波方法可以显著提升编码性能。
| Y | U | V | |
| Taishan_1920x1080 | -2.3％ | -2.3％ | -1.7％ |
| City_1080x720 | -3.1％ | -2.9％ | 1.9％ |
| BasketballDrill | -0.9％ | -1.7％ | -2.4％ |
| BQSquare | -0.2％ | 0.0％ | -0.3％ |
| Avg. | -1.6％ | -1.8％ | -1.6％ |
表1.RD7.0平台上AI通测条件下做ALF滤波与不做ALF性能比较
| Y | U | V | |
| Taishan_1920x1080 | -4.14％ | 4.26％ | -3.22％ |
| City_1080x720 | -6.20％ | -4.51％ | -2.99％ |
| BasketballDrill | -0.54％ | -0.55％ | -1.36％ |
| BQSquare | -5.03％ | 0.40％ | 0.23％ |
| Avg. | -4.0％ | -2.2％ | -1.8％ |
表2.RD7.0平台上RA通测条件下做ALF滤波与不做ALF性能比较
| Y | U | V | |
| Taishan_1920x1080 | -6.28％ | -12.06％ | -9.44％ |
| City_1080x720 | -7.84％ | -7.39％ | -7.60％ |
| BasketballDrill | -1.81％ | -0.76％ | -2.41％ |
| BQSquare | -1.46％ | 0.14％ | -3.11％ |
| Avg. | -4.3％ | -5.0％ | -5.6％ |
表3.RD7.0平台上LD通测条件下做ALF滤波和不做ALF性能比较
以上对本发明所提供的一种自适应环路滤波方法及装置进行了详细介绍，以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。
Claims (12)
1.一种自适应环路滤波方法，其特征在于包括如下步骤，
利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波；
根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状；
通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
2.根据权利要求1所述的自适应环路滤波方法，其特征在于，利用图像之间的相关性，缓存N套时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波，还包括，对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
3.根据权利要求1所述的自适应环路滤波方法，其特征在于，其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状，还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
4.根据权利要求1所述的自适应环路滤波方法，其特征在于，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数，还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
5.根据权利要求2所述的自适应环路滤波方法，其特征在于，当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
6.根据权利要求2所述的自适应环路滤波方法，其特征在于，
当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
7.一种自适应环路滤波装置，其特征在于包括，
缓存时域滤波系数单元，用于利用图像之间的相关性，缓存N帧时域滤波系数，可以使用缓存的滤波系数对当前图像进行滤波。
求解滤波系数单元，根据压缩重构图像和其为压缩图像时间失真最小为目标，求解滤波系数；其中色度分量与亮度分量采用不同的滤波形状。
滤波系数选择单元，用于通过率失真优化的方法，计算当前训练的滤波系数与缓存的时域滤波系数的率失真代价，选取率失真代价最小的滤波系数作为当前图像的滤波系数。
8.根据权利要求7所述的自适应环路滤波装置，其特征在于，所述缓存时域滤波系数单元还包括，用于对已编码/解码的图像使用的滤波系数进行缓存；其中N值为自然数。
9.根据权利要求7所述的自适应环路滤波装置，其特征在于，所述求解滤波系数单元还包括，亮度分量和色度分量所在区域样本均不进行区域划分，只求解一套滤波系数。
10.根据权利要求7所述的自适应环路滤波装置，其特征在于，所述求解滤波系数单元还包括亮度通道和色度通道，所述亮度通道的滤波器形状为7x7十字加3x3方形，共有九个系数；所述色度通道的滤波器形状为5x5十字加3x3方形，共有七个系数。
11.根据权利要求8所述的自适应环路滤波装置，其特征在于，
当缓存N套时域滤波系数不为0时，将当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数与缓存中相应滤波系数比较率失真代价，选择率失真代价最小的作为当前图像的滤波系数。
12.根据权利要求8所述的自适应环路滤波装置，其特征在于，
当缓存N套时域滤波系数等于0时，即滤波系数方法为无时域滤波系数复用的方法时，直接使用当前训练得到的亮度通道滤波系数和色度通道滤波系数作为当前图像的滤波系数。
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