HEVC 样点自适应补偿（SAO）原理详解

代码版本：HM-16.2+SCM-3.0rc1
时间： 2015/07/20
作者：LB

SAO应用于去方块滤波之后，首先将Frame划分成若干个LCU，SAO对处于不同图像区域的LCU进行局部信息补偿，以减少源图像与重构图像之间的失真。HEVC中根本上说只有两种SAO类型：边缘补偿（EO，Edge Offset），带状补偿（BO，Band Offset）,在实际操作过程中还引入了参数融合模式（Merge）。

对于每一个LCU都有三种SAO模式进行选择，BO，EO，OFF（不采用SAO）。如下图所示，虚线为LCU的边界。可以直观的看出相邻的LCU往往会采用相同的的SAO模式，此时采用Merge模式，对应的SAO采用相邻块的SAO参数，可以降低码率。

重点内容带状补偿与边缘补偿分布示意图
因为SAO实在整个帧编码完成得到重建帧之后进行的，因此它属于Slice级别，在实际的操作过程中，若采用了Merge模式，需要判断相邻块是否在同一个Slice，同一个Tile，以及是否可以跨越Slice，跨越Tile。

Merge模式：

C的SAO参数有以下三种选择：
①　直接使用A块的参数；
②　直接使用B块的参数；
③　通过分析自身的像素块特点，选择不同的参数。

前两种选择属于Merge模式。对于这两种情况，C块仅需要传送融合标志位即可。在使用Merge模式时，同一个LCU的亮度块与色度块均要同时使用相同块的SAO参数。

若不使用Merge模式，则亮度块与色度块分开考虑计算， 计算亮度块，再计算色度块。如下图所示：

边界补偿（EO）：
边界补偿模式是通过比较当前像素值与相邻像素值的大小进行分类，然后根据类别对属于同一类别的像素值补偿相同的数值。
边界补偿具体可分为四种模式，分别是：水平方向（E0_0）、垂直方向（E0_1）、135°方向（E0_2）和45°方向（E0_3）。如下图所示：

对于上图所示的任意一种模式，根据以下表格可以将去方块滤波之后的重构像素分为5个不同的类别。

以图的形式表示，如下图：

Category 1 category 2 属于Positive offset，补偿值要大于等于0；Category 3 category 4 属于Negative offset，补偿值要小于等于0；从而滤波器达到平滑的效果。
对于不属于以上四个类别的像素值不进行补偿，。编码器只需要传输补偿值的绝对值，在解码端会根据当前像素点属于什么类别，给补偿值加正负符号。

带状补偿：
带状补偿将像素范围内等分为32个相同大小的条带，对属于同一个条带内的像素值，它们的像素补偿值均相同。例如对于8位像素点，有效像素值为[0,255]，将其划分为32个条带，每个条带的有效像素范围为[k,8k]。

在解码端进行补偿时，根据当前像素点所属的条带，选择对应的带状补偿值进行补偿。一般情况下，同一个CTB的像素值的波动不会特别大，这些像素值会集中属于相邻的若干个条带中。HEVC规定一个CTB（亮度或者色度）只能选择4条连续的边带，并只对这4个边带的像素进行补偿。

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