CN1057419C - 用于图象信号解码系统的后处理方法 - Google Patents

Abstract

用于滤波解码图象信号的后处理方法，确定待被滤波的目标象素的位置并生成一表示该目标象素是否属于一数据块的边界区的选择信号。响应该信号，利用有不同截止频率的两滤波器的滤波单元，目标象素数据被选择地滤波。将经与未经滤波的目标象素间的绝对差值与一阈值比较。如该差值小于该阈值，以滤波目标象素值更新目标象素值，否则以未滤波目标象素值减去该阈值或将该阈值与未滤波目标象素值相加得到补偿的目标象素值，以该补偿的目标象素值更新滤波的目标象素值。

Description

用于图象信号解码系统的后处理方法

本发明涉及一种用于图象信号解码系统的后处理方法，更具体地，涉及一种通过对经解码的图象数据有效地后处理，能够消除出现在经解码的图象数据块边界的块效应，从而改进该系统生成的图象的质量的方法

在各种电子/电气应用，诸如高清晰度电视和可视电话系统中，图象信号可能需要以数字形式传送。当图象信号用数字形式表现时，就会产生大量数字数据。然而，由于传统的传输通道可以利用的频带宽度是有限的，为了通过其传送图象信号，常常有必要使用图象编码系统来压缩大量的数字数据。在各种视频压缩技术中，将时间和空间压缩技术与统计编码技术相结合的所谓的混合编码技术是已知最为有效的。

大部分混合编码技术采用自适应帧间/帧内模式编码、正交变换、变换系数的量化、RLC(扫描宽度编码)和VLC(可变长度编码)。自适应帧间/帧内模式编码是为后继的正交变换从一个当前帧的PCM(脉冲码调制)数据或DPCM(差分脉冲码调制)数据中例如根据其变化自适应地，选择一个视频信号的处理。帧间模式编码，也称为一种预测方法，是基于减小相邻帧间的冗余度的概念，用于确定当前帧与其一个或两个相邻帧之间的一个目标的运动，并根据该目标的运动流预测该当前帧以产生代表当前帧与其预测之间的差的误差信号的处理。这种编码方法在例如StaffanEricsson的“用于混合预测/变换编码的固定及自适应的预测器”一文(IEEE Transactions on Communications，COM-33，No.12，1291-1301页，1985年12月)中和Ninomiya和Ohstuka的“电视画面的运动补偿帧间编码方案”一文(IEEE Transaction on Communications，COM-30，NO.1，201-210页，1982年1月)中被描述，在此引入两文作为参考。

正交变换是利用诸如当前帧的PCM数据或运动补偿DPCM数据的图象数据间的空间相互关系并减小或去除其间的空间冗余的变换，其将一个数字图象数据块转换成一组变换系数。这一技术在例如Chen和Pratt的“场景自适应编码器”(IEEE Transactions on Communications，COM-32，NO.3，225-232页，1984年3月)一文中被描述。通过用量化、折线扫描、RLC和VLC处理这些变换系数数据，可以有效地压缩待传输的数据的量。

经编码的图象数据通过一个传统的传输通道被传送给接收机中的一个图象信号解码系统的一个图象信号解码器，该图象信号解码器执行编码操作的逆处理从而重构原始的图象数据。该重构的图象数据或解码图象数据可能含有恼人的诸如块效应的人为因素，块效应中一个块的边界线变为可见的，这种块效应的产生是由于是在逐块的基础上对帧进行编码的。

已经建议有不同类型的后处理技术以减小块效应，从而改善被解码图象数据质量。这些后处理技术通常采用一后处理滤波器对解码的图象数据作进一步处理。

在使用后处理滤波器的后处理技术中，通过使用一具有一预定的截止频率的低通滤波器，在逐象素的基础上对经解码的图象数据进行滤波。采用后处理滤波器的一后处理技术在一共有未决的序列号为08/431,880，题为“改进的用于一图象信号解码系统的后处理方法”的美国专利申请中被公开。该技术提供了一种通过基于各经滤波的图象数据对其重复地后处理而减少在一经解码的图象数据块的边缘的块效应的改善的性能。然而，这种后处理技术在对被解码的图象数据执行滤波操作时未考虑在块中包含的各象素的位置；因此，它并不能完全减小在块边界的块效应。

另一种后处理技术被公开在一共有未决的，题为“用于后处理解码的图象数据的改进的方法及装置”的美国坟利申请中。在该方案中，首先获得用于各待被滤波的目标象素的象素位置信息，该象素位置信息表示各目标象素是否属于与被解码的图象数据中包括的各目标象素相应的一块的边界区。然后，通过使用两具有不同的截止频率的滤波器，基于该象素位置信息对目标象素进行有选择地滤波。具体地，位于该边界区内的一目标象素被用较低的截止频率滤波，而位于该边界区处的一目标象素被用较高的截止频率滤波。

虽然通过使用上述后处理技术可以减少在块边界处的块效应，但为了显著改善被解码的图象数据的质量，还需一种进一步减少块效应的有效的方法。

因此，本发明的主要目的提供一种用于一图象信号解码系统的，通过使用一选择的滤波及一象素数据修正技术，可显著地减小或去除在解码图象数据块边界处出现的块效应的后处理方法。

根据本发明，提供有一种用于在一图象信号解码系统中的，在逐象素的基础上对一当前帧的经解码的图象数据进行后处理的方法，其中该经解码的图象数据是在逐块的基础上由该图象信号解码系统中包括的一图象信号解码器所提供的，该方法包括以下步骤：a)存储该当前帧的经解码的图象数据；b)依次指定该存储的解码图象数据中所包括的各象素值为一目标象素值，所述的目标象素值表示待被滤波的目标象素的值，并产生表示该目标象素位置的位置信息；c)通过该目标象素的位置信息生成一表示该目标象素是否属于该存储的经解码的图象数据的一个块的边界区的选择信号，其中该边界区表示一包括位于该块边界的象素的区域；d)响应该选择信号选择地对目标象素值进行滤波，从而产生一经滤波的目标象素值；e)计算一原始目标象素值与一经滤波的目标象素值之间的绝对差值，该原始目标象素值表示该经解码的图象数据中包括的未滤波的目标象素值；f)如果该绝对差值小于一预定的阈值，以该经滤波的目标象素值更新存储的目标象素值；g)只要该绝对差值小于该预定的阈值，重复所述产生位置信息的步骤b)、生成选择信号的步骤c)、选择地滤波目标象素值的步骤d)、计算绝对差值的步骤e)和更新存储的目标象素值的步骤f)N次且如果该绝对差值等于或大于该预定的阈值，则以被补偿的目标象素值更新存储的目标象素值，其中该被补偿的目标象素值是如下获得的：如果该原始的目标象素值小于该经滤波的目标象素值，则将该原始的目标象素值与该预定的阈值求和及如果该原始的目标象素值大于该经滤波的目标象素值，则从该原始的目标象素值中减去该预定的阈值；h)为下一目标象素重复所述产生位置信息的步骤b)、生成选择信号的步骤c)、选择地滤波目标象素值的步骤d)、计算绝对差值的步骤e)和更新存储的目标象素值的步骤f)、以被补偿的目标象素值更新存储的目标象素值的步骤g)直至当前帧中的所有象素被后处理为止。

本发明的上述和其它的目的及特征将通过以下结合附图对优选实施例的描述变得明显，附图中：

图1示出了采用本发明的后处理单元的一图象信号解码系统的方框图；

图2表示了图1中所示的后处理单元的详细方框图；及

图3给出了说明如何确定一用于经解码的图象数据中包括的各目标象素的区域的示例性图。

参照图1，其示出了一用于说明本发明的后处理方法的新的图象信号解码系统100。该图象信号解码系统100包括一图象信号解码器20及一后处理单元200，其中该图象信号解码器20包括一可变长度解码器(VLD)22，一扫描宽度解码器(RLD)24。一逆折线扫描器26、一逆量化器(IQ)28、一逆变换器(IT)30、一加法器32、一第一帧存储器34和一运动补偿器36。

在图象信号解码器20中，经编码的图象数据，即一组可变长度编码的变换系数及运动矢量在逐块的基础上被提供给VLD22。VLD22用于对该组可变长度编码的变换系数及运动矢量进行解码以分别提供经扫描宽度编码的变换系数给RLD24及运动矢量给运动补偿器36。VLD22基本上是一查寻表：也就是，在VLD22中，提供了多个码组以确定可变长度码与其扫描宽度码或运动矢量之间的关系。然后，该经扫描宽度编码的变换系数被提供给RLD24，该RLD24也是一查寻表，用于生成经折线扫描的变换系数。该经折线扫描的变换系数然后被提供给逆折线扫描器26。

在逆折线扫描器26，该经折线扫描的变换系数被重构以提供量化的变换系数的块。各量化的变换系数的块然后在IQ28被转换成一组变换系数。随后，该组变换系数被馈送给IT30，例如，逆离散余弦变换器，后者将该组变换系数变换成一组来自当前帧的一块与来自先前帧的一相应块之间的差数据。该组差数据然后被发送给加法器32。

同时，运动补偿器36基于一来自VLD22的相应于当前帧的各块的运动矢量，从存储在第一帧存储器34内的先前帧中取出一组象素数据并提供该组取出的象素数据给加法器32。然后在加法器32对来自运动补偿器36的该组取出的象素数据与来自IT30的该组象素差数据求和，从而提供当前帧中一给定块的重构的图象数据。然后，该块的重构的图象数据或经解码的图象数据被提供给第一帧存储器34以存入其中，并被提供给后处理单元200以对其作后处理。

在本发明的后处理单元200，进行对来自加法器32的经解码的图象数据的后处理以有效地滤波该解码的图象数据；且然后，该后处理的图象数据被传送给一显示单元(未示出)。

现参照图2，示出了用于说明本发明后处理方案的在图1中所示的后处理单元200的详细方框图。

包括有一滤波单元250、一象素数据估算单元260及一象素数据修正单元280的后处理单元200用于通过在逐象素的基础上对被解码的图象数据内所包括的各象素进行滤波而提供后处理的图象数据。

如图2中所示，来自图1中所示的图象信号解码器20的当前帧的被解码的图象数据被首先提供给一第二帧存储器210以存入其中。响应于来自一控制器220的一第一控制信号CS1，一目标象素的象素值被自该第二帧存储器210中取出并被提供给该控制器220、一象素区确定器230及象素数据修正单元280中的一缓冲器286，而其相邻的N×N(例如3×3)个象素的象素值被馈送给一第一开关电路240，其中该目标象素表示待被滤波的且位于该N×N个象素中心的象素，N为一正整数。然后，自该控制器220生成相应于该目标象素的位置信息并发送给用于确定该目标象素的区域的象素区确定器230。

通过利用自控制器220提供的该目标象素的位置信息，象素区确定器230生成一表示来自第二帧存储器210的该目标象素是否属于与存储的解码的图象数据中包括的该目标象素相应的一块的边界区的一第一选择信号。如图3中所示，如果该目标象素属于例如具有8×8象素的一块310的一边界区330，象素区确定器230生成一逻辑高选择信号；而如果该目标象素不属于该边界区330，即，该目标象素位于例如该块310的非边界区350之内，象素区确定器230则生成一逻辑低选择信号。然后，该在象素区确定器230生成的选择信号被馈送给第一开关电路240以控制其操作。

响应来自象素区确定器230的选择信号，该第一开关电路240选择地将包括有自第二帧存储器210提供的该目标象素的N×N个象素送至滤波单元250的一第一滤波器252或一第二滤波器254。具体地，响应于逻辑高选择信号，该N×N个象素被送至第一滤波器252，而响应于逻辑低选择信号，该N×N个象素被送至第二滤波器254。

在本发明的一优选实施例中，第一滤波器252用于以一第一预定截止频率CF1对目标象素进行滤波，从而生成显著滤波的目标象素数据，而第二滤波器254用于以第二预定截止频率CF2对目标象素进行滤波，从而生成一较第一滤波器的滤波较少滤波的目标象素数据，其中CF1＜CF2。各第一及第二滤波器可通过采用现有技术中熟知的如中值(Median)及拉普拉斯滤波器的数字滤波器而实现。

应当注意，第一及第二滤波器的截止频率可根据该图象信号解码系统的要求的图象质量而确定。来自滤波单元250经滤波的目标象素数据被馈送给象素数据估算单元260中包括的一差值计算器262及一第二开关电路270。该差值计算器262用于计算存储在缓冲器286中的原始目标象素数据与来自滤波单元250经滤波的目标象素数据之间的一差值并将该差值转换成其绝对值。该在差值计算器262导出的绝对差值然后被提供给也包括在象素数据估算单元260中的一第一比较器264。

第一比较器264将来自差值计算器262的该绝对差值与一可预存在一存储器(未示出)中的预定的阈值进行比较，从而提供一第二选择信号S2给第二开关电路270、控制器220及象素数据修正单元280中的一第二比较器282。也就是，如果该绝对差值等于或大于该预定的阈值，第一比较器264生成一逻辑高选择信号；否则，生成逻辑低选择信号。

在本发明的优选实施例中，该预定的阈值可基于图象信号解码系统的要求的图象质量而确定，并最好设定在4至8的一范围内。

响应于来自第一比较器264的第二选择信号S2，第二开关电路270选择地将来自滤波单元250的经滤波的目标象素数据送至象素数据修正单元280或第二帧存储器210。具体地，响应于逻辑高选择信号，该经滤波的目标象素数据被送至用于修正该经滤波的目标象素数据的象素数据修正单元280；而响应于逻辑低选择信号，该经滤波的目标象素数据被送至用于以该经滤波的目标象素数据更新存储的目标象素数据的第二帧存储器210。

包括有缓冲器286、第二比较器282及一象素数据修正电路284的象素数据修正单元280导出经补偿的目标象素数据并提供给显示单元和第二帧存储器210，在第二帧存储器210中用该经补偿的目标象素数据更新存储的目标象素数据。亦即，响应于该逻辑高选择信号，第二比较器282将经第二开关电路270来自滤波单元250的经滤波的目标象素数据与来自缓冲器286的原始的或说未滤波的目标象素数据比较并生成一补偿信号，具体地，如果未经滤波的或原始的目标象素数据大于该经滤波的目标象素数据，则，第二比较器282生成一逻辑高补偿信号；否则，生成一逻辑低补偿信号。该自第二比较器282生成的补偿信号被提供给象素数据修正电路284。

响应于补偿信号，象素数据修正电路284基于来自缓冲器286的未经滤波的目标象素数据及与预存在第一比较器264中的值相同的预定的阈值提供经补偿的目标象素数据。

在本发明的优选实施例中，如果输入象素数据修正电路284的是一逻辑高补偿信号，则从未经滤波的目标象素数据中减去该预定的阈值以得到经补偿的目标象素数据；而如果输入的是一逻辑低补偿信号，则将该未经滤波的原始目标象素数据与该预定的阈值相加以得到经补偿的目标象素数据。

响应于来自第一比较器264的第二选择信号S2，控制器220控制目标象素的滤波处理。即，响应于逻辑高选择信号，控制器220生成一第二控制信号CS2给第二帧存储器210，从而在第二帧存储器210中以来自象素数据修正电路284的经补偿的目标象素数据更新存储的目标象素数据；并提供来自第二帧存储器210的用于下一目标象素的一象素值给缓冲器286及包围着下一目标象素的N×N个象素给第一开关电路240。

在另一方面，如果第一比较器264发出逻辑低选择信号，控制器220生成一第三控制信号CS3给第二帧存储器210以用来自第二开关电路270的经滤波的目标象素数据更新存储的目标象素数据；并通过将包括来自第二帧存储器210的经更新的目标象素的N×N个象素提供给第一开关电路240，重复进行对该目标象素的滤波操作。在重复进行对该目标象素的滤波操作期间，存储在缓冲器286中的原始目标象素数据未被经滤波的目标象素数据所更新。对该目标象素的滤波操作被重复直至第一比较器264发出逻辑高选择信号或由第一比较器264发出的逻辑低选择信号的数量得达到一预定的数。如果逻辑低选择信号的数量达到了预定的数，控制器220发出一第四控制信号CS4给第二帧存储器210，从而用来自第二开关电路270的经滤波的目标象素数据更新存储的目标象素数据并提供该经更新的目标象素数据给显示单元。该预定数最好设定为2，3或4。该图象信号解码系统的图象质量依靠于该预定的数字：即，以消耗处理时间为代价，用一较大的重复数字可使得图象质量变得更好。随后，控制器220提供一第五控制信号CS5给第二帧存储器210，从而提供下一个目标象素数据给缓冲器286及相应的包围该下一个目标象素的N×N个象素数据给第一开关电路240。

如上所示，本发明通过利用选择地滤波及象素数据修正技术，可显著地减小或去除在经解码的图象数据的一块的边界处可能出现的块效应，从而改善了系统中的图象的质量。

虽然本发明是结合特定的实施例进行展示和描述的，但是对于熟悉本领域的人员而言，在不超出由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，显然可做出许多变化和修改。

Claims (2)

1、一种用于在一图象信号解码系统中，在逐象素的基础上对一当前帧的经解码的图象数据进行后处理的方法，其中该经解码的图象数据是在逐块的基础上由该图象信号解码系统中包括的一图象信号解码器所提供的，该方法包括以下步骤：

a)存储该当前帧的经解码的图象数据；

b)依次指定该存储的图象数据中所包括的各象素值为一目标象素值，所述的目标象素值表示待被滤波的目标象素的值，并产生表示该目标象素位置的位置信息；

c)通过该目标象素的位置信息生成一表示该目标象素是否属于该存储的经解码的图象数据的一个块的边界区的选择信号，其中该边界区表示一包括位于沿该块边界的象素的区域；

d)响应该选择信号选择地对目标象素值进行滤波，从而产生一经滤波的目标象素值；

e)计算一原始目标象素值与一经滤波的目标象素值之间的绝对差值，该原始目标象素值表示该经解码的图象数据中包括的未过滤的目标象素值；

f)如果该绝对差值小于一预定的阈值，以该经滤波的目标象素值更新存储的目标象素值；

g)只要该绝对差值小于该预定的阈值，则重复所述产生位置信息的步骤b)、生成选择信号的步骤c)、选择地滤波目标象素值的步骤d)、计算绝对差值的步骤e)和更新存储的目标象素值的步骤f)N次，且如果该绝对差值等于或大于该预定的阈值，则以被补偿的目标象素值更新存储的目标象素值，其中该被补偿的目标象素值是如下提供的：如果该原始的目标象素值小于该经滤波的目标象素值，则将该原始的目标象素值与该预定的阈值求和，如果该原始的目标象素值大于该经滤波的目标象素值，则从该原始的目标象素值中减去该预定的阈值；

h)为下一目标象素重复所述产生位置信息的步骤b)、生成选择信号的步骤c)、选择地滤波目标象素值的步骤d)、计算绝对差值的步骤e)和更新存储的目标象素值的步骤f)、以被补偿的目标象素值更新存储的目标象素值的步骤g)，直至当前帧中的所有象素被后处理为止。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述用于选择地滤波目标象素值的步骤(d)是通过采用具有不同的截止频率的中值(Median)滤波器实现的。

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