CN100591093C - 用以减少区块效应以及吉布斯效应的影像处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种影像处理装置，其包含滤波模块、边缘检测模块以及处理模块。滤波模块根据每一像素位于影像区块中的位置，对每一像素进行平滑处理，以产生对应每一像素的第二灰阶值。边缘检测模块根据每一像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，决定每一像素为边缘像素或非边缘像素。处理模块根据权值、每一边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应每一边缘像素的第三灰阶值，以及根据权值、每一非边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应每一非边缘像素的第四灰阶值，并且输出第三灰阶值以及第四灰阶值。

Description

用以减少区块效应以及吉布斯效应的影像处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种影像处理装置及方法，特别是涉及一种用以减少区块效应以及吉布斯效应的影像处理装置及方法。

背景技术

JPEG及MPEG影像压缩法为一种普遍的影像压缩技术，其提供良好的影像压缩效果。上述影像压缩法是将影像分割成许多影像区块(Image block)，针对每一影像区块进行转换、量化、编码。因此，造成影像的高频部分损失以及影像部分失真，进而产生区块效应(Blocking effect)以及吉布斯效应(Gibbs effect)。区块效应是指影像中呈现许多小的影像区块现象；吉布斯效应是指影像中对象边缘出现碎裂或有噪声扩散的现象。此外，一般影像处理装置是利用平滑处理来减少影像的区块效应，但是如此一来常常会造成整张影像的模糊，尤其字幕上的文字最为明显。

因此，本发明的范畴是提供一种影像处理装置及方法，进而解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种影像处理装置及方法，用以减少区块效应以及吉布斯效应。

根据一较佳具体实施例，一输入影像包含多个影像区块(Image block)，每一影像区块包含多个像素，每一像素具有一第一灰阶值。本发明的影像处理装置包含滤波模块(Filter module)、边缘检测模块(Edge detection module)以及处理模块。滤波模块是根据每一像素位于影像区块中的位置，对每一像素进行平滑处理，以产生对应每一像素的第二灰阶值。边缘检测模块是根据每一像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，决定每一像素为边缘像素(Edge pixel)或非边缘像素(Non-edge pixel)。处理模块是根据权值、每一边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，通过加权平均，计算对应每一边缘像素的输出值，即第三灰阶值，以及根据权值、每一非边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，通过加权平均，计算对应每一非边缘像素的输出值，即第四灰阶值，并且输出第三灰阶值以及第四灰阶值。其中所述权值根据减少区块效应和吉布斯效应的实际应用设定。

根据一较佳具体实施例，本发明的一种影像处理方法，用以处理一输入影像，该输入影像包含多个影像区块，该每一影像区块包含多个像素，该每一像素具有一第一灰阶值，该方法包含下列步骤：(a)根据该每一像素位于该影像区块中的位置，对该每一像素进行平滑处理，以产生对应该每一像素的一第二灰阶值；(b)根据该每一像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，决定该每一像素为一边缘像素或一非边缘像素；(c)根据一权值、该每一边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一边缘像素的输出值，即第三灰阶值；根据该权值、该每一非边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一非边缘像素的输出值，即第四灰阶值；以及(d)输出所述第三灰阶值以及所述第四灰阶值，其中所述权值根据减少区块效应和吉布斯效应的实际应用设定。

因此，本发明的影像处理装置及方法是藉由平滑处理以及边缘检测分别调整输入影像中的边缘像素以及非边缘像素的灰阶值，以减少区块效应以及吉布斯效应。藉此，影像品质可获得大幅地提升。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出了根据本发明一较佳具体实施例的影像处理装置的功能方块图；

图2示出了根据本发明一较佳具体实施例的输入影像的示意图；

图3A示出了图2中第一滤波器所利用的屏蔽的示意图；

图3B示出了图2中第二滤波器所利用的屏蔽的示意图；

图4示出了根据本发明一较佳具体实施例的影像处理方法的流程图；

图5示出了图4中步骤S102的详细流程图；

图6示出了图4中步骤S104的详细流程图；

图7A示出了未经处理的影像；

图7B示出了经传统平滑处理后的影像；以及

图7C示出了经本发明处理后的影像。

附图符号说明

1：影像处理装置             10：边界检测模块

12：滤波模块                14：边缘检测模块

16：处理模块                120：第一滤波器

122：第二滤波器             20-26：影像区块

30、32：垂直边界            34、36：水平边界

Img：输入影像

b0-b3、w0-w3、r0、r1、s0、s1：像素

Mb0-Mb3、Mw0-Mw3、Mr0、Mr1、Ms0、Ms1：屏蔽

S100-S108、S1020-S1022、S1040-S1042：流程步骤

具体实施方式

请参阅图1及图2，图1示出了根据本发明一较佳具体实施例的影像处理装置1的功能方块图，图2示出了图1中输入影像Img的示意图。于此实施例中，本发明的影像处理装置1系用以减少输入影像Img的区块效应以及吉布斯效应。

如图2所示，输入影像Img包含4个影像区块20-26，每一影像区块20-26分别包含8*8个像素，每一像素具有一第一灰阶值。此外，垂直边界30介于影像区块20与22之间；垂直边界32介于影像区块24与26之间；水平边界34介于影像区块20与24之间；水平边界36介于影像区块22与26之间。于实际应用时，输入影像Img可符合MPEG2、JPEG或H.263影像压缩标准，但不以此为限。

如图1所示，影像处理装置1包含边界检测模块(Boundary detectionmodule)10、滤波模块(Filter module)12、边缘检测模块(Edge detectionmodule)14以及处理模块16。

边界检测模块10用以检测出介于影像区块20-26间的垂直边界30、32与水平边界34、36。值得注意的是，若输入影像Img系经由缩放处理后的影像，边界检测模块10可进一步判断输入影像Img的缩放倍率，并且根据缩放倍率决定垂直边界30、32与水平边界34、36。需注意的是，上述边界检测模块10的应用可由本领域的技术人员轻易地实现，在此不再赘述。

请参阅图3A及图3B，图3A示出了图1中第一滤波器120所利用的屏蔽Mw0-Mw3及Mb0-Mb3的示意图。图3B示出了图1中第二滤波器122所利用的屏蔽Mr1、Mr0、Ms0及Ms1的示意图。于此实施例中，滤波模块12用以根据每一像素位于影像区块20-26中的位置，对每一像素进行平滑处理，以产生对应每一像素的第二灰阶值。滤波模块12进一步包含8个第一滤波器120以及4个第二滤波器122，并且第一滤波器120以及第二滤波器122皆为一维滤波器。举例而言，第一滤波器120分别利用屏蔽Mw0-Mw3及Mb0-Mb3对垂直边界30附近的像素w0-w3及b0-b3进行水平方向的平滑处理，如图2及图3A所示。第二滤波器122利用屏蔽Mr1、Mr0、Ms0及Ms1对水平边界34附近的像素r0、r0、s0及s1进行垂直方向的平滑处理，如图2及图3B所示。平滑处理的技术可由本领域的技术人员轻易地实现，在此不在赘述。需注意的是，第一滤波器与第二滤波器的数量以及其所利用的屏蔽可根据实际应用，由设计者自行设计。

边缘检测模块14根据每一像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，决定每一像素为边缘像素(Edge pixel)或非边缘像素(Non-edge pixel)。于此实施例中，边缘检测模块14计算第一灰阶值以及第二灰阶值的差值，当差值大于阈值(Threshold)，则边缘检测模块14决定该像素为边缘像素，当差值小于或等于阈值，则边缘检测模块14决定该像素为非边缘像素。需注意的是，阈值可根据实际应用，由设计者自行设计。

处理模块16根据权值、边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应边缘像素的第三灰阶值，并且根据权值、非边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应非边缘像素的第四灰阶值。于实际应用时，处理模块16可藉由下列公式一计算第三灰阶值，并且藉由下列公式二计算第四灰阶值：

公式一：G3＝G1*W+G2*(1-W)；以及

公式二：G4＝G1*(1-W)+G2*W。

于公式一以及公式二中，G1代表第一灰阶值，G2代表第二灰阶值，G3代表第三灰阶值，G4代表第四灰阶值，W代表权值。

举例而言，假设某像素的第一灰阶值G1为10、第二灰阶值G2为20、阈值为5、权值为0.8。因为G2-G1＝20-10＝10，故差值10大于阈值5，所以该像素为边缘像素。将G1、G2以及W代入上述公式一可得到下列结果：G3＝10*0.8+20*(1-0.8)＝12。因此，该像素的第三灰阶值G3为12。藉此，即可得到输入影像Img中每一边缘像素的第三灰阶值，以及每一非边缘像素的第四灰阶值。

需注意的是，权值可根据实际应用，由设计者自行设计。

之后，处理模块16输出所有第三灰阶值以及第四灰阶值，即可减少输入影像Img的区块效应以及吉布斯效应。

请再参阅图2及图4，图4示出了根据本发明一较佳具体实施例中影像处理方法的流程图。如图4所示，首先，执行步骤S100，检测出介于影像区块20-26间的垂直边界30、32与水平边界34、36。接着，执行步骤S102，根据每一像素位于影像区块20-26的位置，对每一像素进行平滑处理，以产生对应每一像素的第二灰阶值。然后，执行步骤S104，根据每一像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，决定每一像素为边缘像素或非边缘像素。接着，执行步骤S106，根据权值、每一边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应每一边缘像素的第三灰阶值；根据权值、每一非边缘像素的第一灰阶值以及第二灰阶值，计算对应每一非边缘像素的第四灰阶值。之后，执行步骤S108，输出第三灰阶值以及第四灰阶值。

请参阅图5，图5示出了图4中步骤S102的详细流程图。如图5所示，首先，执行步骤S1020，使用第一滤波器120对垂直边界30及32附近的像素进行水平方向的平滑处理。之后，执行步骤S1022，使用第二滤波器122对水平边界34即36附近的像素进行垂直方向的平滑处理。

请参阅图6，图6示出了图4中步骤S104的详细流程图。如图6所示，首先，执行步骤S1040，计算第一灰阶值以及第二灰阶值的差值。之后，执行步骤S1042，判断差值是否大于阈值，若是，决定该像素为边缘像素，若否，决定该像素为非边缘像素。

请参阅图7A至图7C，图7A示出了未经处理的影像。图7B示出了经传统平滑处理后的影像。图7C示出了经本发明处理后的影像。如图7B以及图7C所示，图7C中的影像相较于图7B中的影像，其吉布斯效应明显减少，尤其在字幕的清晰程度上具有明显的改善。

相较于现有技术，本发明的影像处理装置及方法藉由平滑处理以及边缘检测分别调整输入影像中的边缘像素以及非边缘像素的灰阶值，以减少区块效应以及吉布斯效应。藉此，影像品质可获得大幅地提升。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明的权利要求的范畴内。因此，本发明的权利要求的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (16)

1.一种影像处理装置，用以处理一输入影像，该输入影像包含多个影像区块，该每一影像区块包含多个像素，该每一像素具有一第一灰阶值，该影像处理装置包含：

一滤波模块，根据该每一像素位于该影像区块中的位置，对该每一像素进行平滑处理，以产生对应该每一像素的一第二灰阶值；

一边缘检测模块，根据该每一像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，决定该每一像素为一边缘像素或一非边缘像素；以及

一处理模块，根据一权值、该每一边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一边缘像素的输出值，即第三灰阶值；根据该权值、该每一非边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一非边缘像素的输出值，即第四灰阶值，并且输出所述第三灰阶值以及所述第四灰阶值，

其中所述权值根据减少区块效应和吉布斯效应的实际应用设定。

2.如权利要求1所述的影像处理装置，进一步包含一块边界检测模块，用以检测出介于所述影像区块间的多条垂直块边界以及多条水平块边界。

3.如权利要求2所述的影像处理装置，其中该滤波模块包含：

多个第一滤波器，用以对所述垂直块边界附近的多个像素进行水平方向的平滑处理；以及

多个第二滤波器，用以对所述水平块边界附近的多个像素进行垂直方向的平滑处理。

4.如权利要求3所述的影像处理装置，其中该每一第一滤波器以及该每一第二滤波器皆为一维滤波器。

5.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该边缘检测模块计算该第一灰阶值以及该第二灰阶值的一差值，当该差值大于一阈值，该边缘检测模块决定该像素为该边缘像素，当该差值小于或等于该阈值，该边缘检测模块决定该像素为该非边缘像素。

6.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该处理模块藉由下列公式计算该第三灰阶值以及该第四灰阶值：

G3＝G1*W+G2*(1-W)；以及

G4＝G1*(1-W)+G2*W；

其中，G1代表该第一灰阶值，G2代表该第二灰阶值，G3代表该第三灰阶值，G4代表该第四灰阶值，W代表该权值。

7.如权利要求6所述的影像处理装置，其中该权值为0.8。

8.如权利要求1所述的影像处理装置，其中该输入影像符合下列影像压缩标准的其中之一：MPEG2、JPEG以及H.263。

9.一种影像处理方法，用以处理一输入影像，该输入影像包含多个影像区块，该每一影像区块包含多个像素，该每一像素具有一第一灰阶值，该方法包含下列步骤：

(a)根据该每一像素位于该影像区块中的位置，对该每一像素进行平滑处理，以产生对应该每一像素的一第二灰阶值；

(b)根据该每一像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，决定该每一像素为一边缘像素或一非边缘像素；

(c)根据一权值、该每一边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一边缘像素的输出值，即第三灰阶值；根据该权值、该每一非边缘像素的该第一灰阶值以及该第二灰阶值，通过加权平均，计算对应该每一非边缘像素的输出值，即第四灰阶值；以及

(d)输出所述第三灰阶值以及所述第四灰阶值，

其中所述权值根据减少区块效应和吉布斯效应的实际应用设定。

10.如权利要求9所述的影像处理方法，进一步包含下列步骤：

于步骤(a)之前，检测出介于所述影像区块间的多条垂直块边界以及多条水平块边界。

11.如权利要求10所述的影像处理方法，其中步骤(a)还包含下列步骤：

使用多个第一滤波器对所述垂直块边界附近的多个像素进行水平方向的平滑处理；以及

使用多个第二滤波器对所述水平块边界附近的多个像素进行垂直方向的平滑处理。

12.如权利要求11所述的影像处理方法，其中该每一第一滤波器以及该每一第二滤波器皆为一维滤波器。

13.如权利要求9所述的影像处理方法，其中步骤(b)还包含下列步骤：

计算该第一灰阶值以及该第二灰阶值的一差值；以及

判断该差值是否大于一阈值，若是，决定该像素为该边缘像素，若否，决定该像素为该非边缘像素。

14.如权利要求9所述的影像处理方法，其中步骤(c)藉由下列公式计算该第三灰阶值以及该第四灰阶值：

G3＝G1*W+G2*(1-W)；以及

G4＝G1*(1-W)+G2*W；

其中，G1代表该第一灰阶值，G2代表该第二灰阶值，G3代表该第三灰阶值，G4代表该第四灰阶值，W代表该权值。

15.如权利要求14所述的影像处理方法，其中该权值为0.8。

16.如权利要求9所述的影像处理方法，其中该输入影像符合下列影像压缩标准的其中之一：MPEG2、JPEG以及H.263。

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