CN101964907B - 一种去区块装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种去区块装置及方法。去区块装置包含有滤波器、区块检测模块以及混合单元，滤波器用以接收一像素矩阵中的一目标像素以产生一经过滤的目标像素；区块检测模块用以根据像素矩阵，产生一去区块强度系数；混合单元用以接收目标像素及经过滤的目标像素，并用以根据去区块强度系数，混合目标像素及过滤的目标像素以产生一输出像素。

Description

一种去区块装置及方法

【技术领域】

本发明系有关于影像处理，特别有关于一种去区块(deblocking)装置及方法。

【背景技术】

当处理数字视讯影像信号时，一般会将数字视讯影像信号进行编码以及压缩，以便在频宽有限的信道中进行高速传输。举例来说，移动影像专家群(Moving Picture Experts Group，简称MPEG)就是一种基于区块(block-based)的视讯压缩格式。

视讯影像信号经过编码以及压缩后，经由传输信道传送给信号译码器，此信号译码器再将视讯影像信号译码以及解压缩。但在信号译码器重建此视讯影像信号后，往往会产生恼人的区块效应(blocking artifact)，使得使用者察觉到明显的区块边界(blocking boundary)，这主要是因为影像显示信号系以区块为单位进行编码。

图1显示为现有去区块装置方块图。在现有显示装置中，常通过低通滤波器11来处理显示装置所接收的输入视讯信号，以输出经滤波处理输出的视讯信号，但是错误地处理会造成整个画面糊掉丧失许多画面的细节。除此之外，现有技术必须预先知道区块边界位置，以正确地进行去区块，但这在接收端某些情况下是难以办到的，例如：模拟电视(analog television，简称ATV)。

因此，需要一种不需预先知道区块边界位置而可以有效降低区块效应的装置及方法。

【发明内容】

本发明的目的是提出一种去区块装置与方法，将一输入的影像信号，通常为一像素矩阵，在不需预先知道区块位置的情形下，去区块该影像信号。

因此，本发明提出一种去区块装置，包含：滤波器，用以接收像素矩阵中的目标像素以产生经过滤的目标像素；区块检测模块，用以根据像素矩阵，产生去区块强度系数；以及混合单元，用以接收目标像素及经过滤的目标像素，并用以根据去区块强度系数，混合目标像素及过滤的目标像素以产生输出像素，较佳地，区块检测模块包含一无限脉冲响应滤波器，用以根据一周期计算平均值以调整去区块强度系数，而像素矩阵源自于一输入影像信号，而周期相关于该输入影像信号的一压缩方式。

因此，本发明提出一种去区块方法，包含：接收像素矩阵；根据像素矩阵产生相关于像素矩阵中一目标像素的一去区块强度系数，较佳地，可根据相关于目标像素的影像复杂度以及相关于目标像素的邻近像素间的斜率差值以产生去区块强度系数；以及利用去区块强度系数处理目标像素以产生输出像素。

为了使钧局能更进一步了解本发明特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

【附图说明】

本案得通过下列图式及说明，俾得更深入的了解：

图1为现有去区块装置方块图。

图2为根据本发明的一实施例所绘示的去区块装置电路方块图。

图3为根据本发明的一实施例所绘示的一像素矩阵示意图。

图4为根据本发明的一实施例所绘示的调整去区块强度系数的流程图。

图5A与图5B为根据本发明的一实施例所绘示的检测影像中区块位置的示意图。

图6为根据本发明的一实施例所绘示的去区块方法流程图。

图7为根据本发明的另一实施例所绘示的去区块装置方块图。

【主要组件符号说明】

本案图式中所包含的各组件列示如下：

11                   低通滤波器

20、70               去区块装置

21、71               滤波器

22、72               区块检测模块

23、73               混合单元

231、232、731、732   乘法器

233、733             加法器

【具体实施方式】

图2显示根据本发明的实施例的去区块装置20的电路方块图，包含滤波器21、区块检测模块22以及混合单元23。去区块装置20接收MxN像素矩阵In，经过对像素矩阵In中的一目标像素进行去区块处理后，输出一去区块的像素Out。每一像素具有一像素值P(i，j)，其中i＝1到M，j＝1到N，各像素值包含像素在R-G-B色域的R值、G值或B值，例如R值、G值或B值分别为介于0至255的整数。在另一实施例中，像素值P(i，j)系代表一像素在Y-U-V色域的Y值；或者，像素值P(i，j)系代表一像素在Y-Cb-Cr色域的Y值。熟知此技艺者可了解R-G-B色域中的像素值与Y-U-V色域或Y-Cb-Cr色域间的转换，在此不予赘述。

目标像素经由滤波器21输出一经过滤的目标像素，区块检测模块22耦接至该滤波器21，并根据该目标像素，产生一去区块强度系数α。混合单元23根据该去区块强度系数α，混合该目标像素以及经过滤的目标像素，以输出另一像素Out。

去区块装置20可经由区块检测模块22检测区块效应(blockingartifact)的严重程度，举例而言，区块效应愈严重，去区块强度系数α值愈大，亦即，输出的像素愈倾向接受经过滤的目标像素，而非原本输入的目标像素；反的，区块效应愈轻微，去区块强度系数α值则愈小，亦即，输出的像素愈倾向接受原本输入的目标像素，而非经过滤的目标像素，较佳地，去区块强度系数α的值可介于0至1之间。因此，经由区块检测模块22产生的去区块强度系数α，去区块装置20不需预先知道区块编码器的信息，例如：编码区块型式或量化间距(quantization step)，即可确实改善影像品质。

图2中的滤波器21，举例而言，可用垂直于区块效应的一阶低通滤波器完成。例如，在垂直区块边界，使用水平方向的低通滤波器；而在水平区块边界，则使用垂直方向的低通滤波器。

图3为根据本发明的一实施例所绘示的一像素矩阵示意图。P(y，x)代表该像素矩阵中的一像素，于此实施例中，P(0，0)代表一目标像素。M(y，x)表示一邻近像素间的斜率差值，用以计算去区块强度系数α。在细节区域(detailed region)，去区块强度系数α会被调整为一较小的值，以降低通滤波器对目标像素的影响；在区块效应严重的区域，去区块强度系数α会被调整为一较大的值，以增加滤波器对目标像素的去区块效应。请同时参考图2，去区块装置20可检测区块效应位置以决定去区块强度系数α值并对影像进行去区块处理。邻近像素间的斜率差值M(y，x)可以例示如下：

M(y，x)＝|(P(y，x+1)-P(y，x))-[(P(y，x+2)-P(y，x+1))/2+(P(y，x)-P(y，x-1))/2]|

以图3为例，M(y，0)可以表示如下：

M(0，0)＝(P(0，1)-P(0，0))-[(P(0，2)-P(0，1))/2+(P(0，0)-P(0，-1))/2]

M(-1，0)＝(P(-1，1)-P(-1，0))-[(P(-1，2)-P(-1，1))/2+(P(-1，0)-P(-1，-1))/2]

M(1，0)＝(P(1，1)-P(1，0))-[(P(1，2)-P(1，1))/2+(P(1，0)-P(1，-1))/2]

M(y，0)＝|(M(-1，0)|+|M(0，0)|+|M(1，0)|

接着，M(y，-2)可表示如下：

M(0，-2)＝(P(0，-1)-P(0，-2))-[(P(0，0)-P(0，-1))/2+(P(0，-2)-P(0，-3))/2]

M(-1，-2)＝(P(-1，-1)-P(-1，-2))-[(P(-1，0)-P(-1，-1))/2+(P(-1，-2)-P(-1，-3))/2]

M(1，-2)＝(P(1，-1)-P(1，-2))-[(P(1，0)-P(1，-1))/2+(P(1，-2)-P(1，-3))/2]

M(y，-2)＝|M(-1，-2)|+|M(0，-2)|+|M(1，-2)|

最后，M(y，2)可表示如下：

M(0，2)＝(P(0，3)-P(0，2))-[(P(0，4)-P(0，3))/2+(P(0，2)-P(0，1))/2]

M(-1，2)＝(P(-1，3)-P(-1，2))-[(P(-1，4)-P(-1，3))/2+(P(-1，2)-P(-1，1))/2]

M(1，2)＝(P(1，3)-P(1，2))-[(P(1，4)-P(1，3))/2+(P(1，2)-P(1，1))/2]

M(y，2)＝|M(-1，2)|+|M(0，2)|+|M(1，2)|

于此实施例中，可根据影像复杂度(coarseness)的不同，调整去区块强度系数α，以适应各种复杂度的影像，举例而言，流水的复杂度低，像素与其邻近像素间的差值小，如果有边界效应存在，即予以处理；而草地的复杂度高，像素与其邻近像素间的差值大，过度地处理边界效应，反而容易破坏画面的细节，较佳地，当有较大的斜率差值出现，才会被认定为有边界效应。因此，可以依照各影像复杂度的不同，调整去区块强度系数α。举例而言，复杂度Coar可以表示如下：

Coar＝|P(-1，0)-P(-1，-1)|+|P(-1，2)-P(-1，1)|+|P(0，0)-P(0，-1)|+|P(0，2)-P(0，1)|+|P(1，0)-P(1，-1)|+|P(1，2)-P(1，1)|

于此实施例中，根据该复杂度以及M(y，-2)与M(y，2)，查询一查询表(lookup table，简称LUT)，计算出该去区块强度系数α，查询表可利用一函数关系产生，举例而言，可以利用一维反向表格产生，可以表示为LUT(x)＝-mx+a，其中，a、m皆是大于零的常数，LUT(x)代表查询表中x相对应的值。因此，目标像素P(0，0)的去区块强度系数α。于此实施例中，可以利用逐像素(pixel by pixel)处理以产生去区块强度系数α，由于每个像素位置不同可具有不同的去区块强度系数α值，因此，去区块强度系数α值可以表示为像素x的函数α(x)，目标像素P(0，0)位在y＝0、x＝0的位置，目标像素P(0，0)的去区块强度系数α可以表示为α(0)，可以表示如下：

α(0)＝M(y，0)*LUT(max(M(y，-2)，M(y，2)))*LUT(Coar)…………………………………………..(式1)

图4为根据本发明的一实施例所绘示的调整去区块强度系数的流程图。式1例示去区块强度系数α的产生方式，熟悉此领域者皆可利用此去区块强度系数α再做调整改进，如图4中的步骤42至步骤47。

如图4中的步骤42，去区块强度系数α可利用MPEG信号周期性区块压缩的特性，区块效应应位于周期重复出现的位置，为了使区块效应出现的位置容许一些变化范围，此变化范围可以周期上限与周期下限表示的，以利后续调整式1中的去区块强度系数α。举例而言，在模拟电视中，周期性区块压缩信号的区块大小典型的范围约为7至9，于此实施例中，周期下限为7，周期上限为9，也就是说，从目标像素P(0，0)往前找7至9像素位置，是否有周期性出现区块效应。可以利用此典型的周期，计算一平均值，进一步调整去区块强度系数α为α_IIR。此周期可由使用者自行设定，或者，计算统计整张影像的周期峰值，由周期峰值出现之处，可以得知周期。举例而言，图2中像素矩阵In源自于一输入影像信号，而周期相关于该输入影像信号的一压缩方式。然而，计算统计整张影像所需内存与运算量很大，费力耗时。应注意到，周期可由使用者自行设定，变化范围并不以7至9为限定，而且仅需使用少量的内存与运算量便可实现本实施例。举例而言，可利用一无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，简称IIR)滤波器计算平均值α_IIR。表示如下：

α₁＝max(α(x-周期下限)，α(x-周期下限+1)，……，α(x-周期上限-1)，α(x-周期上限))

α_IIR(x)＝β*α₁+(1-β)*α(x)

其中，β为一加权平均数，是一介于0与1之间的正数。举例而言，通常大于0.5，可以避免突然变大或突然变小的α₁影响α_IIR太多。MPEG的区块大小为8，当应用在其它编码形式时，可由使用者自行调整适当的周期大小，举例而言，H.264视讯编码的区块大小为可变的4至16，则可设定周期为最小的区块大小，即4，则仍可使用此方式检测周期峰值。

另外，为了加强该去区块强度系数α，增加辨识区块效应的能力，以及降低误判区块效应对影像的影响。举例而言，如步骤43，让中心的去区块强度系数α值放大，而让邻近的去区块强度系数α缩小。可根据一系数序列，例如：[-1020-1]、[-1-14-1-1]、[-2-24-2-2]、[-1040-1]或[-100200-1]，利用一有限脉冲响应(Finite Impulse Response，简称FIR)滤波器，输出增强后的另一去区块强度系数α_FIR。表示如下：

α_FIR(x)＝[-2*α_IIR(x-2)+0*α_IIR(x-1)+4*α_IIR(x)+0*α_IIR(x+1)+(-2)*α_IIR(x+2)]/2

上述式子选择目标像素加上左右各两点邻近像素，共五点像素作调整参考；或者，亦可选择目标像素加上左右各三点邻近像素，共七点像素作调整参考。表示如下：

α_FIR(x)＝[-2*α_IIR(x-3)+0*α_IIR(x-2)+0*α_IIR(x-1)+4*α_IIR(x)+0*α_IIR(x+1)+0*α_IIR(x+2)+(-2)*α_IIR(x+3)]

为了抑制在平滑区域有突然的区块效应，可以另外加上区块抑制模块，用以调整去区块强度系数α为α_adjust。如步骤44，将先前目标像素邻近的去区块强度系数α加总之后，查询一查询表，得到一误差调整值，用以调整目标像素的去区块强度系数α。查询表系一类似前述的函数关系。α_adjust(x)表示如下：

$\mathrm{\α}\_\mathrm{adjust}\left(x\right)=\mathrm{\α}\_\mathrm{FIR}\left(x\right)-\mathrm{LUT}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}\_\mathrm{FIR}(x-i))$

除此之外，计算出该去区块强度系数之后，亦可根据一系数，扩散该去区块强度系数于一邻近像素。举例而言，如步骤45，例如扩散复制至该目标像素的去区块强度系数α，成为目标像素的一垂直邻近像素或一水平邻近像素的去区块强度系数α；于此实施例中，计算出目标像素P(0，0)的去区块强度系数α之后，较佳地，可以复制目标像素P(0，0)的去区块强度系数α供邻近像素P(0，1)使用。表示如下：

α_extend(x)＝max(α_adjust(x-2)，α_adjust(x-1)，

            α_adjust(x)，α_adjust(x+1)，α_adjust(x+2))

以上实施例主要揭露水平方向的垂直线的计算，相同类似方法式亦可应用于垂直方向的水平线的计算。另外，由于区块效应位置是固定的，目标像素与相关于该目标像素的邻近像素间应具有相似的去区块强度系数。为了增加区块效应去除之后画面的连续性，如步骤46以及步骤47，可将目标像素的垂直邻近像素先前计算的去区块强度系数α，存放于线缓冲器，提供给目标像素作参考，较佳地，可根据一γ加权平均数，混合目标像素与邻近像素的去区块强度系数α为α(line，x)。表示如下：

α(line，x)＝γ*α_extend(line-1，x)+(1-γ)*α_extend(line，x)

γ是一介于0与1之间的正数，用以调整目标像素的垂直邻近像素的去区块强度系数α对目标像素的影响程度。举例而言，γ值愈大，目标像素的垂直邻近像素的去区块强度系数α，对目标像素的去区块强度系数α的影响愈大；反的，γ值愈小，目标像素的垂直邻近像素的去区块强度系数α，对目标像素的去区块强度系数α的影响愈小。举例而言，如果硬件设计需求为参考一条邻近扫描线的数据，则只需要增设一条扫描线长度的线缓冲器，举例而言，若要将本实施例施用于高清显示模式，1920*1080分辨率下，则可以增设1920扫描线长度的线缓冲器以改善垂直方向的去区块强度系数α的连续性。

图5A与图5B绘示根据本发明的实施例的检测影像中区块位置的示意图。举例而言，式1可以获得去区块强度系数α，大略分析出如图5A的区块效应。粗实线部分为真正的区块效应，细虚线部分为误判的区块效应。误判的细虚线部分若不将其去除，将会影响到画面的细节区域。因此，会通过调整去区块强度系数α，例如将其调整为α_IIR、α_FIR、α_adjust、α_extend或者α(line，x)，来将图5A中的粗实线部分像素的去区块强度系数α增大，细虚线部分的去区块强度系数α降低。如图5B，增强区块效应的细实线部分，消除图5A中误判的区块效应细虚线部分。

图6为根据本发明的实施例的一去区块方法流程图。首先，于步骤62，接收一像素矩阵In；步骤64根据像素矩阵，产生一去区块强度系数α，举例而言，去区块强度系数α可根据目标像素与相关于该目标像素的邻近像素间的斜率差值、相关于该目标像素的影像复杂度以及查询表，由式1计算而得。于另一实施例中，亦可根据图4中的步骤，分别根据周期、系数序列、查询表以及系数，调整去区块强度系数α为α_IIR、α_FIR、α_adjust、α_extend以及α(line，x)；最后，步骤66依据该去区块强度系数α，输出另一像素矩阵Out。

图7系本发明另一实施例的去区块装置70的方块图，去区块装置70包含滤波器71、区块检测模块72以及混合单元73。去区块装置70与图2的去区块装置20所包含的组件类似，而主要差异在于组件的连接方式，使得在混合单元73所执行的α混合运算中，输入视讯信号系直接与区块检测模块72所产生的去区块强度系数α相乘，而滤波器71所输出的经过滤的目标像素则与(1-α)相乘。因此，去区块装置70可通过调整去区块强度系数α的大小，来调整最后所产生的输出像素中，经过滤的目标像素与输入目标像素各自所占的比例，而达到所要的去区块效果。于此实施例中，当区块效应愈严重，去区块强度系数α值愈小，亦即，输出的像素愈倾向接受经过滤的目标像素，而非原本输入的目标像素；反之，区块效应愈轻微，去区块强度系数α值则愈大，亦即，输出的像素愈倾向接受原本输入的目标像素，而非经过滤的目标像素，此处与先前所述略有不同，但方法雷同。

本发明所揭露的去区块装置可以集积于单一集成电路芯片，例如显示控制芯片，举例而言，在去区块装置的前，较佳地设置有线缓冲器(未图标)，用以暂存译码后的复数条扫描线的像素数据。或者，本发明的去区块装置可设置在DVD播放器或是计算机绘图卡中(未图标)。举例而言，去区块装置可以处理从一MPEG影像译码器(未图标)所接收的一译码的MPEG像素矩阵。

综上所述，本发明揭露一种去区块装置，包含：滤波器，用以接收像素矩阵中的目标像素以产生经过滤的目标像素；区块检测模块，用以根据像素矩阵，产生去区块强度系数；以及混合单元，用以接收目标像素及经过滤的目标像素，并用以根据去区块强度系数，混合目标像素及过滤的目标像素以产生输出像素，较佳地，区块检测模块包含一无限脉冲响应滤波器，用以根据一周期计算平均值以调整去区块强度系数，而像素矩阵源自于一输入影像信号，而周期相关于该输入影像信号的一压缩方式。

本发明更揭露一种去区块方法，包含：接收像素矩阵；根据像素矩阵产生相关于像素矩阵中一目标像素的一去区块强度系数，较佳地，可根据相关于目标像素的影像复杂度以及相关于目标像素的邻近像素间的斜率差值以产生去区块强度系数；以及利用去区块强度系数处理目标像素以产生输出像素。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种去区块装置，用以除去一像素矩阵的多个区块效应，包含：

一垂直于区块效应的一阶低通滤波器，用以接收该像素矩阵中的一目标像素以产生一经过滤的目标像素，其中该目标像素对应该多个区块效应其中之一；

一区块检测模块，用以根据该像素矩阵的该目标像素，侦测该目标像素的该区块效应的严重程度以产生一去区块强度系数；以及

一混合单元，用以接收该目标像素及该经过滤的目标像素，并用以根据该去区块强度系数，混合该目标像素及该过滤的目标像素以产生一输出像素。

2.根据权利要求1所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块包含一无限脉冲响应滤波器，用以根据一周期计算一平均值以调整该去区块强度系数，其中该区块效应位于周期重复出现的位置。

3.根据权利要求1所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块包含一有限脉冲响应滤波器，用以根据一系数序列，以输出该去区块强度系数。

4.根据权利要求1所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块系根据一复杂度通过查询一查询表以调整该去区块强度系数。

5.根据权利要求4所述的去区块装置，其特征在于，该查询表表示一一维反向表格。

6.根据权利要求1所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块系根据该目标像素的该去区块强度系数以调整邻近于该目标像素的另一像素的一另一去区块强度系数。

7.根据权利要求2所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块系根据一系数计算一平均值，并利用该平均值，以调整该去区块强度系数，其中该系数有关于该目标像素的该去区块强度系数相对于邻近于该目标像素的另一像素的一另一去区块强度系数的一加权平均数。

8.根据权利要求7所述的去区块装置，其特征在于，该区块检测模块包含一无限脉冲响应滤波器以计算该平均值。

9.一种去区块方法，用以除去一像素矩阵的多个区块效应，该去区块方法包含：

接收该像素矩阵，该像素矩阵包含一目标像素对应该多个区块效应其中之一；

使用一垂直于区块效应的一阶低通滤波器过滤该目标像素以产生一经过滤的目标像素；

根据该像素矩阵的该目标像素，侦测该目标像素的该区块效应的严重程度，以产生一去区块强度系数；以及

利用该去区块强度系数混合该目标像素以及该经过滤的目标像素以产生一输出像素。

10.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，更包含利用无限脉冲响应滤波，根据一周期计算一平均值以调整该去区块强度系数的步骤，其中该区块效应位于周期重复出现的位置。

11.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，更包含根据一系数序列用以加强该目标像素的该去区块强度系数以及缩小邻近该目标像素的另一像素的一去区块强度系数的步骤。

12.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，该产生该去区块强度系数的步骤系根据一相关于该目标像素的影像复杂度以及一相关于该目标像素的邻近像素间的斜率差值以产生该去区块强度系数。

13.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，更包含根据该目标像素的该去区块强度系数调整邻近于该目标像素的另一像素的一另一去区块强度系数。

14.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，该产生该去区块强度系数的步骤系根据一复杂度通过查询一查询表以产生该去区块强度系数。

15.根据权利要求14所述的去区块方法，其特征在于，该查询表系表示一一维反向表格。

16.根据权利要求9所述的去区块方法，其特征在于，更包含根据一系数序列进行有限脉冲响应滤波以调整该去区块强度系数的步骤。

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