基于恰可覺察失真模型的快速自適應環路濾波算法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種快速自適應環路濾波方法，尤其設及一種基于恰可覺察失真模型 的快速自適應環路濾波方法，屬于視頻編碼技術領域。
【背景技術】
[0002] 社會在不斷發展的同時也伴隨著向人類傳遞大量的信息，而人類對信息的提取大 約有70%來自于視覺。因此，人們對視頻質量的要求當仁不讓將處于第一位，因為視頻的 最終目的是為人眼服務。然而，現有的網絡帶寬不能滿足高清視頻信號的實時傳輸，因此， 視頻編碼壓縮技術對視頻通信的發展有著重大的影響。為了得到更高的壓縮效率和支持高 清/超高清的視頻壓縮，兩大國際標準化組織IS0/IEC和口U-T成立了視頻聯合開發小組 (JointColl油orativeTeamonVideoCoding,JCT-VC)，并制定了高效的視頻壓縮標準 (Hi曲EfficiencyVideoCoding,肥VC)。與先進的視頻壓縮標準H.264/AVC相比，肥VC在 達到H. 264/AVC相同視頻質量的基礎上，節省了一半的比特率。與2D視頻相比，3D視頻能 提供更加逼真和自然的視覺感受，但是，巨大的視頻數據量阻礙了 3D視頻的廣泛應用，使 其不能很好地應用到人們的日常生活當中。為了更好的支持立體3D視頻的應用，IS0/IEC 和口U-T兩組織又制定了基于肥VC的新3D視頻壓縮標準3D-HEVC，同時提供了 3D-HEVC的 參考軟件（肥VC-BasedTestModel，HTM)。 陽00引肥VC跟H. 264/AVC-樣，都是采用基于塊的預測、變換和量化的混合編碼方案。因 此，在H. 264/AVC視頻中出現的塊狀效應、振鈴效應、色彩溢出和模糊效應等，在肥VC視頻 標準中依然存在。然而，視頻最終顯示的圖像質量的好壞與環路濾波算法的性能有著緊密 的聯系。因此，為了降低上述效應對視頻質量的影響，HTM采用了 =種環路濾波技術：去塊 濾波值eblockingFilter,DF)、自適應義樣值補償（SampleAdaptiveOffset,SA0)和自 適應環路濾波（AdaptiveLoopFilter,ALF)。去塊濾波主要用來解決方塊效應對視頻質 量的影響，它的核屯、思想就是對塊邊界進行判斷來決定是否需要去塊濾波處理，即判斷當 前邊界是真實邊界，還是塊效應造成的偽邊界。如果需要去塊濾波處理，還需要判斷是采用 強濾波模式還是弱濾波模式。SAO主要用來解決肥VC視頻標準中的振鈴效率，它的核屯、思 想就是對采樣點進行分類，然后根據率失真代價為每種類型選擇最佳的補償值，最后對每 個采樣點增加相對應的補償值來提高視頻的主觀和客觀質量。ALF濾波器主要用來進一步 提高視頻的編碼效率，降低上述效應對視頻質量的影響，它的核屯、思想就是根據維納-霍 夫方程使得原始帖和重構帖之間的均方誤差最小。 陽004] 恰可察覺失真（JND--化StNotice油IeDistcxrtion)模型是指由于人類視覺系 統（HVS--HumanVisualSystem)存在的各種視覺屏蔽效應，使得人眼只能察覺到超過 某一闊值的噪聲，該闊值即為最小察覺失真。從JND模型的定義可知，JND模型表示視頻質 量發生改變時，人眼不能察覺的最大視頻失真。傳統的基于最大編碼單元化CU)的ALF算 法對每個LCU都采用相同的處理步驟，首先計算維納濾波參數，然后判斷當前LCU是否需要 ALF處理，因此，它沒有考慮到每個LCU的特性和人類的主觀感受。而人類在觀看視頻和圖 像時，并不是對視頻和圖像的所有內容都感興趣，而且不同區域的感興趣程度也不一樣。因 此，不感興趣區域的視頻失真對視頻質量影響不大。當前，在國內外對自適應環路濾波的研 究是視頻編碼的一個熱點，但是很少有學者在降低濾波器復雜度的時候考慮到人眼視覺特 性，因而該發明無疑具有重要意義。

【發明內容】
陽〇化]本發明提供一種基于恰可覺察失真模型的快速自適應環路濾波方法。
[0006] 為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：
[0007] 一種基于恰可覺察失真模型的快速自適應環路濾波方法，包括W下步驟： 陽00引步驟1 :建立JND模型： 陽009] JND(x,y)=Ti(x, y)+Tt(x, y)-Ci,t?min{Ti(x, y), Tt(x, y)} (I)
[0010] (I)式中，Tl(x，y)表示像素I(x，y)所在區域的亮度掩蓋效應產生的最小可覺察 闊值，其計算方法為：
ifl{x,y)<\21 W"] U) Ifl(X^y) >127 陽〇1引 似式中，如，)')表示像素I(x，y)周圍5巧窗口的平均背景亮度值，其計算方法為：
柳1引 （3)
[0014] (3)式中，B (i?如為5巧的低通濾波器： Illlf1 2: 2: 2:I 陽 01引 公〇?J)=1 2 0 2 1 ('斗> 1 :2 2 2 1 1 1111
[0016] (1)式中，Tt(x，y)表示像素I(x，y)所在區域的對比度掩蓋效應產生的最小可覺 察闊值，其計算方法為：
[0017] Tt(x, y) = n *G(x, y) ? We (x, y) (5)
[0018] (5)式中，We(x，y)表示邊緣區域與紋理區域的加權值，n表示對比度掩蓋效應 加權系數；G(x，y)表示對像素I(x，y)進行四個不同方向邊緣檢測后的最大值，其計算方法 為：
[0019]C(.W)=，叩{1巧."4' >.)1} (6 )
[0020]
巧) '_1 III 1] 「1 I. IIr I. IIII 12 2 2 1
[0021] (?,化j〇二 II 0 iI，（?2(/J)= I2 0 2 I 1 2 2 2 1 I么么么1 -11. 1. 1, IJLi 1. '1. 1 1 Iiii r11111 陽0。] 馬裝/>= 1; 2估2 1 1么么么11 1 1 1 _1 1 1 1 1 ：2 ：2 ：2 I GjOV/)= 1 2 0 2 1 ^8) 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1
[0023] 步驟2 :利用所述JND模型將圖像帖劃分為感興趣區域ROI和非感興趣區域RONI: (JM)",, z'〇y居化)/
[0024] i 巧） ND[。>JNDLCUe-民ON! 陽0巧]其中，JN町C。表示LCU中所有像素的JND值之和，所述JND值利用所述JND模型計 算得到；JNDff。。。表示圖像帖中所有像素的JND值之和的平均值，其計算方法為：
[0026]
(10)
[0027] 其中，N表示所述圖像帖中LCU的個數；
[0028] 步驟3 :利用Canny算子將RONI劃分為感興趣平滑區域RONISR和感興趣紋理區 域ROWTR: \Cannv,,,,,<k民ONI'r二民ONiS民
[0029] (11)： >/f民ONl;;民〇N!m
[0030] 其中，k表示RONISR與RONITR的劃分闊值，Canny胃康示屬于非感興趣區域的LCU 中邊界像素所占的比例，其計算方法為：
[0031]Canny腳NI=Xedge/M(12) 陽0巧其中，Xcdg讀示LCU中邊界像素的個數，M表示LCU里像素的個數； 陽03引步驟4 :利用Canny算子將ROI劃分為感興趣平滑區域ROISR和感興趣紋理區域ROITR： Ccwnv…<m民OIi云RO-fS民 陽的4] "''W (13) 化乂> …巧（)/ 臣巧()/7，A)
[0035] 其中，m表示ROISR與RCHTR的劃分闊值，Canny^康示屬于非感興趣區域的LCU 中邊界像素所占的比例，其計算方法與Canny胃I的計算方法相同；
[0036] 步驟5 :自適應環路濾波處理：對所述圖像帖亮度分量的RONITR和ROITR中的LCU 進行環路濾波；對所述圖像帖每個GOP里第0層的色度分量的RONITR和ROITR中的LCU進 行環路濾波。
[0037] 所述步驟1中，邊緣區域與紋理區域的加權值We (X，y)取值為1 ;對比度掩蓋效應 加權系數n取值為0.018。
[0038] 本發明的有益效果：
[0039] 1、本發明針對3D-HEVC編碼結構，結合像素域JND模型和Canny算子，對基于LCU 的ALF算法進行優化，去除視頻中的感知冗余，提高ALF算法的編碼效率；
[0040] 2、本發明可W快速找出不要ALF處理的區域，在不影響質量的情況下，大大降低 自適應環路濾波器算法的復雜度。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明的流程圖；
[0042] 圖2是對照實驗處理后的化znan_Hal 12視頻序列圖像；
[0043] 圖3是本發明處理后的化znan_Hall2視頻序列圖像；
[0044] 圖4是對照實驗處理后的化znan_Street視頻序列圖像；
[0045] 圖5是本發明處理后的化znan_Street視頻序列圖像。
【具體實施方式】：
[0046]W下結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細說明。 W47] 實施例：
[0048]如圖1所示，一種基于恰可覺察失真模型的快速自適應環路濾波方法，包括W下 步驟： W例步驟1 :建立JND模型： 陽0加]JND(x, y) = Ti(x, y)巧t(x, y)-Ci,t ? min{Ti(x, y), Tt(x, y)} (4)
[0051] (I)式中，Tl(x，y)表示像素I(x，y)所在區域的亮度掩蓋效應產生的最小可覺察 闊值，其計算方法為：
//'7托.)'）<127 陽0巧 巧 127
[0053] (2)式中，7(.t，j)表示像素I(x，y)周圍5巧窗口的平均背景亮度值，其計算方法 為：
[0054]
棋 陽化引 （3)式中，B(i?如為5x5的低通濾波器： 'I IIIf I. 2 2 2 I 陽化6] 公化j'）=I 2 O么I (4) 1 2 2 2 1
[0057] (1)式中，Tt(x，y)表示像素I(x，y)所在區域的對比度掩蓋效應產生的最小可覺 察闊值，其計算方法為：
[0058] Tt(x,y) =n*G(x,y) ?We(x,y) (5)
[0059] 妨式中，We(X，y)表示邊緣區域與紋理區域的加權值，取值為1，n表示對比度掩 蓋效應加權系數，取值為0.018 ;G(x，y)表示對像素I(x，y)進行四個不同方向邊緣檢測后 的最大值，其計算方法為：
[0060] G(a'..v)= !化化{巧.(啡(技) 先=1'2、3,4、， WW]
幻) -.1 1. 1. 1. I] [1 I 1 1 f 1 2 2 2