Deblocking Filter的作用

Deblocking與SAO都是HEVC中的環(huán)路濾波器，重建圖像會(huì)首先經(jīng)過Deblocking，再進(jìn)行SAO。Deblocking主要用來去除編碼的塊效應(yīng)，SAO消除圖像的振鈴效應(yīng)。

塊效應(yīng)（block artifact）

我們知道現(xiàn)在的主流編碼器都是使用基于塊的混合編碼框架，以編碼塊為單位進(jìn)行預(yù)測、變換、量化。

這就導(dǎo)致不同的編碼塊會(huì)使用不同的編碼參數(shù)，進(jìn)而不同編碼重建塊之間的存在一定的差異，尤其在編碼塊邊界處較為明顯。

編碼塊邊界處不連續(xù)的現(xiàn)象就是塊效應(yīng)。

這種現(xiàn)象在QP較大時(shí)比較明顯，因此QP越大Deblocking的強(qiáng)度也越大。塊效應(yīng)如下圖所示：

濾波邊界判決

濾波位置

在HEVC中，濾波只對(duì)橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)位于8像素的整數(shù)倍處的邊界進(jìn)行，所謂邊界即是CU、PU或TU的交界處。

濾波順序

在一幅圖像中，首先對(duì)豎直的邊界進(jìn)行濾波，之后在對(duì)水平的邊界進(jìn)行。如下圖：

圖中每個(gè)網(wǎng)格大小都是8x8，首先會(huì)從左至右進(jìn)行實(shí)線邊界的濾波（如果是邊界的話），接下來會(huì)從上至下進(jìn)行虛線邊界的濾波（如果是邊界）。

在HEVC中，豎直的邊界之間濾波互不影響，因此可以同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于水平邊界同理。

邊界強(qiáng)度（Boundary strength, Bs）

一個(gè)邊界是否需要濾波需要看它的邊界強(qiáng)度。主要是通過相鄰的塊的編碼信息來判斷，如預(yù)測模式或運(yùn)動(dòng)矢量。Bs的取值由下表得到：

可以看到：

• 當(dāng)兩個(gè)相鄰塊有一個(gè)以上的幀內(nèi)預(yù)測塊時(shí)，Bs=2
• 當(dāng)兩個(gè)相鄰塊有一個(gè)以上的非零變換系數(shù)塊時(shí)，Bs=1
• 當(dāng)兩個(gè)相鄰塊的運(yùn)動(dòng)矢量差值絕對(duì)值大于一個(gè)色度分量像素時(shí)，Bs =1
• 當(dāng)兩個(gè)相鄰塊參考不同圖像時(shí)，Bs =1
• 其余情況Bs=0

即我們認(rèn)為相鄰塊的預(yù)測模式、運(yùn)動(dòng)矢量、變換系數(shù)差異越大時(shí)，它們的邊界就越明顯。

對(duì)于亮度度分量，只有當(dāng)Bs>0才會(huì)應(yīng)用Deblocking，而對(duì)于色度分量，只有Bs>1才會(huì)應(yīng)用Deblocking

此外，對(duì)于亮度分量而言，邊界兩邊的像素如何進(jìn)行Deblocking需要進(jìn)一步判斷，而對(duì)于色度分量，兩邊則相同，不用進(jìn)一步判斷。

Bs獲取的流程如下圖，其中P，Q代表兩個(gè)相鄰的塊

Deblocking以4x4像素塊為基本單位進(jìn)行，如下圖，對(duì)于豎直邊界而言，每次進(jìn)行Deblocking的像素為其兩側(cè)的兩個(gè)4x4像素塊。

計(jì)算出當(dāng)前邊界的Bs后，如果Bs滿足條件，還需要進(jìn)一步判斷邊界兩側(cè)的像素是否滿足下式：

其中beta跟量化參數(shù)有關(guān)，可以查表得到，不用關(guān)注。其余的p和q對(duì)應(yīng)上圖中的像素值。這個(gè)式子就在說雖然兩個(gè)塊的差異較為明顯，中間有一條邊界，但是兩個(gè)塊內(nèi)部應(yīng)該是比較平坦的，內(nèi)部差異較小，這樣才是我們想要濾波的情況。

濾波強(qiáng)度

HEVC中有兩種濾波模式：強(qiáng)濾波、一般濾波。確定當(dāng)前邊界要濾波后還要判斷是要進(jìn)行強(qiáng)濾波還是一般濾波。

濾波強(qiáng)度不要和邊界強(qiáng)度搞混了。邊界強(qiáng)度Bs是告訴你這里有沒有邊界，濾波強(qiáng)度則是來判斷邊界是不是很明顯，需不需要狠狠地濾一波。

是否進(jìn)行強(qiáng)濾波由下面3個(gè)式子判斷：

其中Tc也是查表得到的。i=0,3 也就是說要判斷4x4塊中的第1行和第4行是否滿足這三個(gè)式子，都滿足就進(jìn)行強(qiáng)濾波。

整體的流程圖如下：

接下來介紹一般濾波和強(qiáng)濾波怎么做

一般濾波

對(duì)于一般濾波，有可能改變一個(gè)像素值，也有可能改變兩個(gè)像素值，需要通過下式來判斷：

7.5式用來判斷P中改變幾個(gè)像素值，7.6式用來判斷Q中改變幾個(gè)像素值。如果滿足式子則改變兩個(gè)，否則改變一個(gè)。

這兩個(gè)式子的含義就是說塊越平坦也就意味著P和Q的邊界越明顯，即需要改變的像素也就越多。

兩個(gè)式子分別對(duì)邊界的兩邊進(jìn)行判斷，有可能一邊需要改變一個(gè)像素，而另一邊需要改變兩個(gè)像素。

對(duì)于邊界兩邊兩個(gè)4x4的塊而言，每一行都需要進(jìn)行上述操作。

除了7.5 與7.6的條件外，還需要滿足一個(gè)條件才能進(jìn)行濾波：

其中$t_c$是查表得到的，這個(gè)式子是為了避免斜坡型的紋理被濾波。整體濾波的判斷流程如下：

濾波后的像素值由下式得到：



也就是在原始像素的基礎(chǔ)上加上偏移值，具體偏移值怎么算的還有一系列式子，這里就不說了。

通過濾波，消除塊效應(yīng)，如下示意圖：

強(qiáng)濾波

強(qiáng)濾波通常作用于平坦區(qū)域，這些區(qū)域的塊效應(yīng)往往更加明顯。強(qiáng)濾波每四個(gè)像素改變?nèi)齻€(gè)像素的值。如下：

Q塊也是同理，將式中的p換成q即可。

色度分量的Deblocking

前面說到過，色度分量只有Bs=2時(shí)才進(jìn)行Deblocking。

色度分量的濾波比較簡單，只改變每四個(gè)像素中的一個(gè)，即p0和q0，的值。也不用分強(qiáng)濾波還是一般濾波，邊界兩側(cè)也都是改變一個(gè)像素。

像素值的濾波方式跟式7.7和7.8一樣，只不過其中的delta由下式獲得：

自適應(yīng)濾波

前面式子中有兩個(gè)參數(shù)是查表得到的即$\beta$和 $t_c$。其實(shí)我們可以自己定義他們的值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波的自適應(yīng)控制。像HM中就有輸入?yún)?shù)可以控制。在PPS中也會(huì)有相應(yīng)的語法元素：tc_offset_div2 和 beta_offset_div2。實(shí)際的 $t_c$值就等于 $t_c$ + tc_offset_div2 * 2, $\beta$同理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的HEVC中的去方块滤波——Deblocking Filter的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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