振鈴效應與樣點自適應補償（Sample Adaptive Offset，SAO）技術

本文主要對SAO的幾種補償方式進行簡要介紹。

文章目錄

• 振鈴效應與樣點自適應補償（Sample Adaptive Offset，SAO）技術
• 一、振鈴效應
• 二、SAO的原理
• • 1. SAO為什么能消除振鈴效應
  • 2. 五種類型的SAO
  • 3. SAO選擇類型的標準
• 三、EO模式
• • 1. EO模式的原理
  • 2. EO模式的四種判別方式
• 四、 BO模式
• 五、MERGE模式
• 六、NOT APPLIED模式
• 總結
• 參考資料

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一、振鈴效應

H265的壓縮過程中【1】會丟失信號的部分高頻分量，因此會產生振鈴效應。

如圖所示（圖片來源【2】），實現代表未壓縮圖片的像素，虛線代表壓縮后解碼恢復后的圖片的像素。這種由于高頻信號損失引起圖片失真的現象稱為振鈴效應。

二、SAO的原理

1. SAO為什么能消除振鈴效應

為了減少誤差，可以將兩者間的差值傳輸給解碼端，但這樣需要傳輸的信息較多較大，也沒有必要。因此H265中設置了樣點自適應補償（Sample Adaptive Offset，SAO）技術，來減小振鈴效應。具體邏輯就是對各個需要補償的點（與原始圖像有偏差）進行分類，為每個分類設置一個合適的偏移值（offset），這樣解碼端就能根據編碼端傳輸過來的幾個offset值和分類方式來恢復圖像了。

2. 五種類型的SAO

H265在壓縮圖片時，將一幀視頻的圖片分割成許多64*64或者其他大小的碎片（CTU）,而SAO是以CTU為單位的進行分類的。SAO大概可分為以下5種類型：

• Not Applied : 表示該CTU不需要進行補償；
• Merge Up : 表示該CTU和他上面那塊的CTU采用同樣的補償方式；
• Merge Left : 表示該CTU和他左面那塊的CTU采用同樣的補償方式；
• Edge Offset (EO): 根據每個像素點和他附近像素點的關系，將其分為5類，其中4類需要補償，為每類設置一個合適的offset。
• Band offset(BO): 根據每個像素點的大小進行分類，分為32個區間，為每個區間選擇一個合適的offset。

3. SAO選擇類型的標準

選取SAO類型的時候，不僅要考慮對圖像的恢復效果，也要考慮引入SAO引起的信息的增大。因此，我們引入代價函數$\delta$J來衡量SAO，$\delta$J的計算公司如下所示：
ΔJ = ΔD + λR；其中ΔD是引入該方式后，圖片的失真程度；R是比特估計，也就是編碼該SAO方式需要的比特數；λ是拉格朗日因子，該值設置越大，就越傾向于選擇信息量少的SAO方式，該值越小就越傾向于選擇恢復效果好的SAO方式。ΔD和R詳細的計算見【2】

三、EO模式

1. EO模式的原理

Edge Offset (EO)根據每個像素點和他附近像素點的關系，將其分為5類，其中4類需要補償，為每類設置一個合適的offset。

2. EO模式的四種判別方式

對c點進行分類時，使c與附近的a,b兩點進行比較。

如圖所示（圖片來源【2】），a,b的選取有4種方式，E_00（0度） E_90（90度）, E_45（45度）, E_135（135度）。

根據大小關系對其進行分類，如圖所示（圖片來源【2】），不屬于這4類的，就是第5類，第5類不做補償；

如果采用E_00方式取點，圖片中的像素點就有E_00_1,E_00_2,E_00_3,E_00_4這4類;
計算E_00_1的個數N，和這些點與原始圖片的差值之和E，然后計算E/N，取整。若E/N大于7，offset初始值就選7，否則選E/N;需要注意的是，1和2類的offset必須是正數，3和4類的offset必須是負數。

確定是初始值后，就在【0，offset初始值】間的整數進行遍歷，計算出每一個offset對應的ΔJ，最后選出一個ΔJ最小的offset; 最終4個分類遍歷完以后就得到ΔJ_00_1,ΔJ_00_2,ΔJ_00_3,ΔJ_00_4,這四個值相加，就是E_00分類方式得到最小的代價函數ΔJ_00;

同理計算出ΔJ_45, ΔJ_135和ΔJ_90, 之后對這4個值進行比較，選出最小的代價函數ΔJ_EO,及其對應的offset。如果該CTU最終選取EO模式，就輸出這4個offset和其對應的角度即可。解碼端可以根據角度和offset恢復圖像。

四、 BO模式

Band offset(BO): 根據每個像素點的大小進行分類，分為32個區間，為每個區間選擇一個合適的offset。分類后與EO模式的計算過程相同，確定offset初始值，遍歷，找到每個區間代價函數最小的offset。

由于一個CTU中的點大多聚集在一起，因此一般選取連續的4個區間，就能涵蓋幾乎所有的點了。最終選出代價函數ΔJ相加起來最小的連續的4個區間。如果該CTU最終選取BO模式，就輸出這4個offset和4個連續區間的起始區間位置即可。解碼端可以根據起始區間位置和offset恢復圖像。

五、MERGE模式

MERGE模式分 Merge Left和Merge Up ， 表示該CTU和他左面或上面那塊的CTU采用同樣的補償方式和offset值；計算出代價函數后，選出代價函數最小的模式；

需要注意的是，由于直接采用附近塊的SAO模式，因此編碼時所需的比特數R較少，只需要編碼merge信號的相關信息即可。

六、NOT APPLIED模式

Not Applied，表示該CTU不需要進行補償；不需要補償時，ΔD記為0，只需要計算編碼所需比特數R即可。

總結

當計算完EO，BO，MERGE和NOT APPLIED的損失函數ΔJ以后，選取最小ΔJ的模式輸出。
解碼端接收到這些信息后，根據所選取的分類模式對圖片的像素點進行分類，并加上對應的偏差值（offset），以達到減小振鈴效應，更好的還原圖片的目的。

參考資料

【1】CSDN博客： H.265/HEVC編碼原理及其處理流程的分析
【2】.新一代高效視頻編碼H.265/HEVC:原理、標準與實現，作者：萬帥、楊付正；

總結

以上是生活随笔為你收集整理的振铃效应与样点自适应补偿（Sample Adaptive Offset，SAO）技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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