Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Investigating the Adaptive Loop Filter in Next Generation Video Coding
KTH, School of Electrical Engineering (EES).
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Current trends on video technologies and services are demanding higher bit rates, highervideo resolutions and better video qualities. This issue results in the need of a new generationof video coding techniques to increase the quality and compression rates of previous standards.Since the release of HEVC, ITU-T VCEG and ISO/IEC MPEG have been studying the potentialneed for standardization of future video coding technologies with a compression capability thatsignificantly exceeds the ones from current standards. These new e↵orts of standardization andcompression enhancements are being implemented and evaluated over a software test modelknown under the name of Joint Exploration Model (JEM). One of the blocks being explored inJEM is an Adaptive Loop Filter (ALF) at the end of each frame’s processing flow. ALF aimsto minimize the error between original pixels and decoded pixels using Wiener-based adaptivefilter coefficients, reporting, in its JEM’s implementation, improvements of around a 1% in theBD MS-SSIM rate. A lot of e↵orts have been devoted on improving this block over the pastyears. However, current ALF implementations do not consider the potential use of adaptive QPalgorithms at the encoder. Adaptive QP algorithms enable the use of di↵erent quality levels forthe coding of di↵erent parts of a frame to enhance its subjective quality.In this thesis, we explore potential improvements over di↵erent dimensions of JEM’s AdaptiveLoop Filter block considering the potential use of adaptive QP algorithms. In the document, weexplore a great gamut of modification over ALF processing stages, being the ones with betterresults (i) a QP-aware implementation of ALF were the filter coefficients estimation, the internalRD-optimization and the CU-level flag decision process are optimized for the use of adaptiveQP, (ii) the optimization of ALF’s standard block activity classification stage through the useof CU-level information given by the di↵erent QPs used in a frame, and (iii) the optimizationof ALF’s standard block activity classification stage in B-frames through the application of acorrection weight on coded, i.e. not predicted, blocks of B-frames. These ALF modificationscombined obtained improvements of a 0.419% on average for the BD MS-SSIM rate in the lumachannel, showing each modification individual improvements of a 0.252%, 0.085% and 0.082%,respectively. Thus, we concluded the importance of optimizing ALF for the potential use ofadaptive-QP algorithms in the encoder, and the benefits of considering CU-level and frame-levelmetrics in ALF’s block classification stage.

Abstract [sv]

Utvecklingen inom video-teknologi och service kräver högre bithastighet, högre videoupplösningoch bättre kvalitet. Problemet kräver en ny generation av kodning och tekniker för att ökakvaliteten och komprimeringsgraden utöver vad tidigare teknik kunnat prestera. Sedan lanseringenav HEVC har ITU-T VCEG och ISO/IEC MPEG studerat ett eventuellt behov av standardiseringav framtida video-kodings tekniker med kompressions kapacitet som vida överstigerdagens system. Dessa försök till standardisering och kompressionsframsteg har implementeratsoch utvärderats inom ramen för en mjukvara testmodell som kallas Joint Exploration Model(JEM). Ett av områdena som undersöks inom ramen för JEM är adaptiva loopfilter (ALF) somläggs till i slutet av varje bilds processflöde. ALF har som mål att minimera felet mellan originalpixel och avkodad pixel genom Wiener-baserade adaptiva filter-koefficienter. Mycket kraft harlagts på att förbättra detta område under de senaste åren. Men, nuvarande ALF-appliceringbeaktar inte potentialen av att använda adaptiva QP algoritmer i videokodaren. Adaptiva QPalgoritmer tillåter användningen av olika kvalitet på kodning av olika delar av bilden för attförbättra den subjektiva kvaliteten.I föreliggande uppsats kommer vi undersöka den potentiella förbättringen av JEM:s adaptivaloopfilter som kan uppnås genom att använda adaptiva QP algoritmer. I uppsatsen kommervi undersöka ett stort antal modifikationer i ALF:s process-stadier, för att ta reda på vilkenmodifikationer som har bäst resultat: (i) en QP-medveten implementering av ALF där filterkoefficientensuppskattning av den interna RD-optimeringen och CU-nivåns flaggbeslutsprocessär optimerade för användnngen av adaptiv QP, (ii) optimeringen av ALF:s standard blockaktivitets klassificerings stadie genom användning av CU-nivå-information producerad av deolika QP:n som används i en bild, och (iii) optimeringen av ALF:s standard block aktivitetsklassificerings stadier i B-bilders genom applicering av en korrektursvikt i tidigare kod, d.v.sej förutsedda, block av B-bilder. När dessa ALF modifikationer kombinerades förbättradesi genomsnitt BD MS-SSIM hastigheten i luma kanalen med 0.419%, där varje modifikationförbättrade med 0.252%, 0.085% och 0.082% var. Därigenom drog vi slutstatsen att det är viktigtatt optimera ALF för det potentiella användandet av adaptiva QP-algoritmer i kodaren, ochfördelarna av att beakta CU-nivåmätningar och bild-nivåmätningar i ALF:s block klassificeringsstadie.

Place, publisher, year, edition, pages
2017.
Series
TRITA-EE, ISSN 1653-5146 ; 2017:002
Keyword [en]
Joint Exploration Model, JEM, Adaptive Loop Filter, variance-based adaptive quantization, video compression, video coding standards
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-201141OAI: oai:DiVA.org:kth-201141DiVA: diva2:1072638
External cooperation
Ericsson AB
Available from: 2017-02-08 Created: 2017-02-08Bibliographically approved

Open Access in DiVA

alfonso de la rocha(1849 kB)188 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1849 kBChecksum SHA-512
84b47bbb1467a94a43631669f998b9a39cf66575a6fb8148b30effeb33cc2790d580a76ccb2c31ec85960c4977925f54b5b7d77294a7b74d6cb69ef5e37cb0c8
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering (EES)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 188 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 231 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf