[发明专利]用于高效视频编码的内容自适应损害补偿滤波

说明书

技术领域

本公开内容涉及视频信号的编码和解码，并且更具体地，涉及对用于损害补偿的自适应滤波器进行基于码本的编码和解码。

背景技术

诸如数字图像、语音/音频、图形和视频之类的数字多媒体的出现已经大大地改善了各种应用，以及由于相对容易而开辟了崭新的应用，借此已经实现了对内容的可靠存储、通信、传输以及搜索和访问。总体来讲，数字多媒体的应用已经很多了，涵盖包括娱乐、信息、医疗和安全在内的广泛范围，并且已经以多种方式使得社会受益。诸如照相机和麦克风之类的传感器所捕获的多媒体通常是模拟的，并且脉冲编码调制（PCM）形式的数字化过程使其成为数字的。然而，就在数字化之后，所产生的数据的量可能是相当大的，有必要重新创建扬声器和/或TV显示器所需要的模拟表示。因而，对大量的数字多媒体内容的高效传送、存储或传输需要从原始的PCM形式压缩到已压缩表示。因而，已经发明了许多多媒体压缩技术。多年以来，视频压缩技术已经发展得非常尖端，已经到达这样的程度：它们常常能够实现10到100之间的高压缩率，同时保持高的心理视觉质量，常常与未压缩的数字视频类似。

虽然迄今为止已经在视频压缩领域和科学内取得了极大进展（如过多个标准主体驱动的视频编码标准（例如MPEG-1、MPEG-2、H.263、MPEG-4part2、MPEG-4AVC/H.264、MPEG-4SVC和MVC）以及行业驱动的专有标准（例如Windows Media Video、RealVideo、On2VP等）所展现的），但是消费者对于随时随地可供访问的更高质量、更高清晰度以及现在的3D（立体）视频的不断提高的胃口已经使得通过各种方式（例如DVD/BD、空中广播、电缆/卫星、有线和移动网络）传递到一系列客户端设备（例如PC/膝上型电脑、TV、机顶盒、游戏控制台、便携式媒体播放器/设备和智能电话）成为必要，这点燃了对甚至更高级别的视频压缩的期望。在标准主体驱动的标准中，这由ISO MPEG在高效率视频编码中最近开始的努力所证明，期望该努力将新的技术贡献与来自ITU-T标准委员会多年来对H.265视频压缩所作的探索性工作的技术组合起来。

所有前述标准都采用通用的帧间预测编码框架，其涉及通过以下方式来减少时间冗余：通过首先将帧划分成块并给要被编码的帧的每个块分配运动向量，来相对于过去解码的帧对视频帧之间的运动进行补偿；这些运动向量随后被发送到解码器并用于生成与过去解码的帧不同的运动补偿预测帧，并通常通过转换编码被逐块地编码。很久就已经认识到：以今天当前的编解码器运行的高压缩率，运动补偿转换编码过程可能生成从编码噪声（例如蚊虫效应）、区块（blockiness）、渗色到环（ringing）的编码伪影。实际上，为了减轻这些编码伪影中的一些，最流行的编解码器包括解块滤波器以及有时是环，以作为后处理滤波器。与可以在环路外进行的后处理相比，解块是在环路内进行的。通常这样的解块能够抑制可视质量伪影，但是并不对编解码器所引入的损害进行补偿，这样的解块也不能给出太多的编码质量增益。

认识到这一点，在过去的几年，已经进行了研究努力来设计能够改善可视质量和编码质量的额外滤波器。此外，由于编码质量可能根据视频序列的内容、对比率、噪声等级以及操作比特率而变化很大，所以期望滤波器是自适应的而不是固定的，以获得这样的滤波器的最大益处，从而改善预测并因而帮助改善压缩效率。用于计算滤波器系数的数学过程基于Wiener Hopf方程，并计算滤波器系数（例如，5×5、7×7或9×9的系数阵列），对于每个视频序列的每个帧而言，直接地或差分地发送所述滤波器系数。

根据自适应滤波的基本原理，对互相关矩阵和自相关矩阵进行累积，通过以下方式对Wiener Hofp方程进行求解，可以从互相关矩阵和自相关矩阵计算出最优Wiener滤波器。

令x(n)是输入信号，y(n)是输出，并且h(n)表示滤波器系数。

滤波器输出：