自适应环路滤波方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多媒体领域中的视频图像编解码的技术领域，尤其涉及一种视频图像 编解码中使用的自适应环路滤波方法和设备以及使用自适应环路滤波来处理编码的视频 图像的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 现代视频编解码技术都使用基于块的预测和量化的块变换。一般把当前编码帧划 分成互不重合的编码单元，这个编码单元可以是AVC/H. 264 (运动图像专家组高级视频编 码MPEG-4AVC)或AVS1 (国内视频编码标准第1版）中的宏块（MB，macroblock)，也可以 是HEVC/H. 265(HighEfficiencyVideoCoding;高效率视频编解码）或AVS2(国内视频 编码标准第2版）中的编码单元（⑶，codingunit)。编码单元还可以进一步作子划分为 编码子单元。利用基于块的预测，重建的像素块可以用来预测其他像素块。基于块的预测 和量化的块变换的使用可以导致沿区块边界的块效应以及区块内部的噪声等原始图像信 息的损失。
[0003] 在HEVC/H. 265和AVS2标准中，采用了自适应环路滤波（ALF)来进一步消除区块 内部的噪声，改善重建图像的质量，提高预测效率。ALF技术通过编码滤波形状和滤波系数， 在解码器处对重建图像进行滤波，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。滤波系数的构建使得重建图像与原始 图像之间的均方差（MSE)达到最小。但是，ALF是这些编解码系统中的编码时间最长、计算 量最大、复杂度最高的部分。为此，现有的ALF算法通常是在重建图像质量与ALF算法的复 杂度、计算量、压缩效率等方面进行均衡。AVS2标准中的ALF相对于HEVC/H. 265中的ALF 已经进行了一定的简化。
[0004] 另外，视频编码器和解码器通常是由硬件实现的，但是，现有的各种ALF算法并未 朝着有利于硬件实现的方向进行设计和开发。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在提供一种改进的自适应环路滤波方法，其在提高图像质量的同 时，在硬件实现时代价更小。
[0006] 根据本发明的第一方面，提供一种用于视频图像编解码的自适应环路滤波方法。 该方法包括：将重建图像划分为多个区块；以及针对所述多个区块中的每个区块，根据一 定的滤波形状和滤波系数进行滤波，所述滤波形状由多个样本窗口构成，每个样本窗口用 于选择对应位置的像素，并且设置有一个滤波系数，所述滤波系数被设计成使得所述重建 图像与原始图像之间的均方差最小。对于所述多个区块中的一个区块，构建十字线型滤波 形状与正方形滤波形状在中心处叠加的最终滤波形状。所述十字线型滤波形状在水平方向 上的样本窗口数目大于在竖直方向上的样本窗口数目。
[0007] 进一步地，构成所述最终滤波形状的十字线型滤波形状为9X7尺寸，并且构成所 述最终滤波形状的正方形滤波形状为3X3尺寸。
[0008] 进一步地，构成所述最终滤波形状的十字线型滤波形状为7X5尺寸，并且构成所 述最终滤波形状的正方形滤波形状分别为3X3尺寸。
[0009] 进一步地，构成所述最终滤波形状的十字线型滤波形状为11X9尺寸，并且构成 所述最终滤波形状的正方形滤波形状为4X4尺寸。
[0010] 进一步地，对应于所述最终滤波形状的样本窗口的滤波系数是关于所述最终滤波 形状中心对称或者象限对称的。
[0011] 根据本发明的第二方面，提供一种用于视频图像编解码的自适应环路滤波设备。 该设备包括：划分模块，用于将重建图像划分为多个区块；以及滤波模块，用于针对所述多 个区块中的每个区块，根据一定的滤波形状和滤波系数进行滤波，所述滤波形状由多个样 本窗口构成，每个样本窗口用于选择对应位置的像素，并且设置有一个滤波系数，所述滤波 系数被设计成使得所述重建图像与原始图像之间的均方差最小。对于所述多个区块中的一 个区块，构建十字线型滤波形状与正方形滤波形状在中心处叠加的最终滤波形状。所述十 字线型滤波形状在水平方向上的样本窗口数目大于在竖直方向上的样本窗口数目。
[0012] 根据本发明的第三方面，提供一种使用自适应环路滤波来处理编码的视频图像的 方法。该方法包括：接收对应于编码的视频图像数据的重建图像数据；将自适应环路滤波 应用于所述重建的图像数据以生成经滤波的视频图像数据；以及提供经滤波的视频数据。 所述自适应环路滤波使用的最终滤波形状通过十字线型滤波形状与正方形滤波形状在中 心处叠加来构建。所述十字线型滤波形状在水平方向上的样本窗口数目大于在竖直方向上 的样本窗口数目。
[0013] 根据本发明的第四方面，提供一种使用自适应环路滤波来处理编码的视频图像的 设备。该设备包括：接收模块，用于接收对应于编码的视频图像数据的重建图像数据；滤波 模块，用于将自适应环路滤波应用于所述重建的图像数据以生成经滤波的视频图像数据； 以及提供模块，用于提供经滤波的视频数据。所述自适应环路滤波使用的最终滤波形状通 过十字线型滤波形状与正方形滤波形状在中心处叠加来构建。所述十字线型滤波形状在水 平方向上的样本窗口数目大于在竖直方向上的样本窗口数目。
[0014] 根据本发明各种实施方式所提出的十字线型滤波形状与正方形滤波形状在中心 处叠加的最终滤波形状，该最终滤波形状为相对于竖直方向更多地选取水平方向上的像素 的非对称结构设计。从而，既提高了ALF滤波效果，又实现了在硬件实现时花费最少。
【附图说明】
[0015] 结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施方式的特征、优点及其他方面将变 得更加明显。在附图中：
[0016] 图1示出了根据HEVC/H. 265标准的编码器的示意性框图；
[0017] 图2示出了根据HEVC/H. 265标准的解码器的示意性框图；
[0018] 图3示出了HEVC/H. 265标准的ALF所采用的5X5、7X7和9X7三种大小的二维 钻石型滤波形状；
[0019] 图4示出了AVS2标准的ALF所采用的大小为7X7的二维对称滤波形状；
[0020] 图5示出了AVS标准的重建图像划分的基本区块单元及标号顺序示意图；
[0021] 图6示出了根据本发明的一个实施方式的ALF所采用的二维非对称滤波形状；以 及
[0022] 图7示出了根据本发明的另一个实施方式的ALF所采用的二维非对称滤波形状。
【具体实施方式】
[0023] 下文将结合附图参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理 解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而 并非以任何方式限制本发明的范围。
[0024] 在HEVC/H. 265标准中，图像被划分成进行编码时的基本编码单元，即最大编码单 元（LCU)，例如64X64像素。根据编码流程的不同，又将LCU分为三部分，分别为编码单元 (CU)、预测单元（PU)以及变换单元（TU)。
[0025]HEVC/H. 265标准还采用了帧内预测和帧间预测技术，其中利用视频信号的空间和 时间冗余性来达到信息压缩的目的：在压缩当前的编码单元或编码子单元时，利用其周围 已编码的像素信息对当前的编码单元或编码子单元中的像素值作预测。预测过程一般是使 用某几种预先定义的预测算法在邻近像素的基础上，生成当前编码单元/子单元的一个预 测像素块。根据对率失真性能的评估，编码器选择效率最高的预测模式。与此有关的编码器 的具体操作包括：1)编码所使用的预测模式的索引；2)当前编码单元/子单元与预测像素 块作差，得到残差块；3)对残差块做变换、量化和熵编码。解码器的对应操作包括：1)解码 预测模式的索引，根据索引得到预测模式，并计算相应的帧内预测块；2)熵解码变换系数、 逆量化、逆变换得到残差块；3)相加预测块和残差块得到重建的像素块。
[0026] 图1示出了根据HEVC/H. 265标准的编码器的示意性框图，并且图2示出了根据 HEVC/H. 265标准的解码器的示意性框图。如图1所示，给定当前预测单元PU，用X表示，则 可以通过帧内预测（或者帧间）预测来首先获得预测PU，用X'表示。预测PU、x'然后可以 被从当前PU、X中减去，广生RJ残差，用e表不。通过对与编码单兀⑶相关联的]^残差、 e进行分组而生成的⑶残差然后可以通过变换进行变换，每次一个变换单元TU，产生变换 域中的PU残差，用E表示。所述变换可以例如使用正方形或者非正方形的块变换。
[0027] 残差、E然后可以通过量化器模块118进行量化，从而将高精度变换系数转换成 有限数目的可能值。如应当理解的，量化是有损操作，并且量化损失通常无法恢复。
[0028] 经量化的系数然后可以通过熵编解码模块120进行熵编解码，产生最后的压缩比 特。应当注意，取决于所执行的编解码标准，以上描述的预测、变换和量化可以针对任何视 频数据块来执行，例如，针对CU的PU或TU，或者针对LCU。
[0029] 为了促进时间和空间预测，还可采取经量化的变换系数E，并且利用逆量化模块 122对其进行逆量化，从而产