新方法
第44卷第1O期
2010年1O月
西安交通大学
JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITY
V oI_44N010
oct.2010
用于视频编码的维纳滤波器抽头系数表示新方法
李志斌，常义林，杨付正，刘晓仙
(西安电子科技大学综合业务网理论与关键技术国家重点实验室,710071，西安)
摘要：针对已有视频编码系统中自适应环路滤波器抽头系数编码方法存在冗余的问题，提出一种
基于直流补偿的抽头系数编码表示方法(DCTCC).首先，对解码恢复图像与原始图像的直流差值 进行补偿；然后，以直流补偿后的恢复图像为输入信号，原始图像为期望值设计维纳滤波器，进一步
补偿恢复图像的交流失真；最后，仅编码传送所设计滤波器的各非中心抽头系数，而根据提出的抽
头系数之和等于1的特点则可计算得到中心抽头系数数值，从而提高滤波器参数传送效率.实验数
据表明，对于所用的各种格式视频测试序列,DCTCC的编码效率均优于已有ca适应环路滤波方
法，与H.264/A VC标准相比,DCTCC的编码效率最高可达26.31.
关键词：自适应环路滤波器；维纳滤波器；抽头系数；直流补偿
中图分类号:TN919.8文献标志码:A文章编号:0253—987X(2010)10—0077—06 ANewDescriptionAlgorithm
WienerFilterin
fortheTapCoefficientsof
VideoCoding
LIZhibin,CHANGYilin,Y ANGFuzheng,LIUXiaoxian (StateKeyLaboratoryofIntegratedServiceNetworks,XidianUniversity,Xian710071,Chi na)
Abstract:AnoveltapcoefficientscodecmethodbasedonDCoffset(DCTCC)iSproposedto overcometheredundantshortcomingindescribingtapcoefficientsofadaptiveloopfilterinth e
videocoding.Firstly,I)CTCCperformscompensatingontheIX;offsetbetweentherestoredp ic—
tureandtheoriginalpicture.Then,theWienerfilterisdesignedintermsofthecompensatedpic —tureasthefilterinputandtheoriginalpictureasthedesiredresponsetofurthercompensateAC lythenon-centertapcoefficientsarecodedandtrans —
mitted,whilethevalueofthecentertapcoefficientisderivedbythefeaturethatthesumofthe tapcoefficientsequals1,SOthatthetransmissionefficiencyofthefilterparametersisimprove d. ExperimentalresultswithtestsequencesindifferentformatsshowthatDCTCCoutperformst he
existingalgorithmwithadaptiveloopfilter.ComparisonswithH.264/A VCshowthatthecodi ng
efficiencyofDCTCChasanimprovementupto26.31.
Keywords:adaptiveloopfilter;Wienerfilter;tapcoefficients;directcurrentoffset
H.264/A VC是目前最新也是压缩性能最高的
国际视频编码标准【l1]，而近期涌现的几个关键技术
则进一步提高了H.264/A VC标准的编码性能，其
中包括自适应环路滤波技术(AdaptiveLoopFilte—
ring,AIF)f_3].该技术利用维纳滤波器(Wiener
Filter,WF)在信号处理领域突出的噪声抑制性农业新科技
能l_6.]，将wF应用于视频预测编码环路中，不仅抑
制了视频编码的量化噪声，提高了恢复图像质量，同
时将经过噪声补偿的恢复图像用作后续编码帧的参
考图像，可提高帧问预测的准确性，从而达到提高视
频编码效率的目的.
然而，现有ALF方法是将所有的WF抽头系
收稿日期:2010—02—21.作者简介：李志斌(1974一)，男，博士生；常义林(联系人)，男，教授，博士生导师.基金项目
国家自然科学基金资助项目(60772134,60902081,60902052)；高等学校学科创新引智计划资助项目(B08038).
西安交通大学第44卷
数依次全部量化编码传送到解码器，并没有考虑
WF各抽头系数之间的相关性，导致WF抽头系数
编码方法存在冗余，语法结构不严谨.本文提出一种
基于直流补偿的wF抽头系数编码方法(DCTCC),
电算化软件首先对解码恢复图像进行直流补偿，然后以补偿后
的解码恢复图像为输人信号计算WF，进一步补偿
视频编码的交流失真，由于中心抽头系数可以根据
WF各抽头系数之和等于1计算得出,DCTCC方法
只需对wF各非中心抽头系数进行编码，从而去除
了WF参数编码表示方法的冗余，提高了视频编码
语法的严谨性.
1视频编码系统中的维纳滤波器
在视频编码系统中,wF假设作为期望信号的
视频原始图像d为平稳随机过程，并将视频编码失
真看成是在原始图像上叠加的噪声n，视频编码系
统的解码恢复图像P可表示为
P—d+"(1)
最佳wF系数W的求解方程组[如下
Rp,w=
RM(0)
R,
p(1)
R帅(M一1)
Wl
W2
spss16.0●
:
Rp,
(1)
R,磷化铝
(O)
R(M一2)
.
d(0)
.d(1)
●
:
,p(M一1)
,
(M一2)
R(O)
式中:M为抽头系数个数;R帅是解码恢复图像的自相关函数矩阵;rp，是解码恢复图像与原始图像的互相关函数矩阵.
采用最优wF补偿和最小化视频编码失真，可
以提高解码恢复图像的质量.维纳滤波器原理如图1所示.
图1维纳滤波器原理图柳倩月
从统计意义上讲，视频编码失真可以近似为白
噪声，同时假设视频编码不会引起直流偏移，即编码失真的均值为0，否则可以通过直流补偿使得补偿后的解码恢复图像与原始图像的均值保持一致.编码失真的方差和自相关函数分别为
DEn]一E[]一E2[,z]一E[]一0-2(3)
d:㈤
通常情况下，原始图像d与编码失真相互独
立，即下式成立
EEd]一E[]E[]一0(5)
分别化简，和R帅,WF求解方程组(2)可变
形为
R+
R
R1
R1
R)+
R一2
Rl
arcpad尺2
忌+
wl
zo2
:
●
WM
Ro
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