CN1081807A - 抑制分块痕迹的编码/解码方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种去除分块痕迹的方法和装 置。其编码装置包括有对输入的帧数据进行延迟的 延迟器、将输入的帧数据进行变换编码和传送的编码 器、对前述编码器产生的帧数据进行解码和还原的解 码器、输入前述解码器的输出信号和延迟器的输出信 号，测定分块痕迹程度，并输出后处理变量的分块痕 迹测定器。本发明的解码装置包括将前述编码装置 传来的编码数据进行还原的第二解码器、输入传送来 的后处理变量和用前述解码器解码复原的数据，并根 据后处理变量对解码后的数据进行自适应滤波的滤 波器。

Description

本发明涉及数字图象数据的编码与解码系统，这些图象数据被分割为给定大小的许多块，特别是涉及这样的编码和解码方法及装置，即这些方法和装置把每一帧图象数据分割为大量的块来进行编码，以减小复原图象的恶化现象，即分块痕迹。
近年，在图象及声音的传送接受系统中，广泛地使用着数字编码及解码系统，该系统把图象和声音信号编码为数字数据后存储到存储器中或进行传送，然后将此已编码的信号再次进行解码，使其还原为原来的信号。这样的编码系统把通过一系列的编码过程后存储或传送的数据进一步进行压缩。
图1A是现有的编码系统的一个例子。
每一帧图象数据被分割成大小为N×N（一般为N1×N2，但为方便计，令N1＝N2＝N，N为象素单位）的块群，每个数据块被输入到N×N变换器1中。然后，N×N变换器1对每一数据块进行象DCT（离散余弦变换）这类数据变换。数据块经N×N变换器1变换为频率区域的变换系数。此后量化器3参照此变换系数的能量分布，将变换系数变为一定电平的代表值。可变长编码器5充分地利用此代表值的统计特性，进行可变长度编码，进一步压缩已被编码的数据。在这样的编码系统中，已编码和压缩过的数据，传送给图1B那样的解码系统。于是这些被传送的数据，在解码系统中，经过可变长解码器11，反量化器12以及反变换器13等复原装置，还原为接近于编码之前的状态的数据。
图2A及图2B是现有的编码及解码系统的另一个例子。
一般来说，一帧画面和紧接的下一帧画面之间，由于类似的部分非常多，所以，对于存在若干动作的画面的情况，根据这些动作求出动向量后进行编码时，如果对相邻的两个画面间的DPCM（差值脉冲编码调制）数据进行编码的话，则可进一步压缩传送数据。另外，在解码时，利用上述已算出的动向量对数据块进行补偿，可以复原已编码的数据。利用这样的动补偿DPCM方式的编码及解码系统，设有进行动补偿的指定的反馈循环装置。
在图2A的编码系统中，用于动补偿DPCM的反馈循环装置由反量化器4、反变换器2、累加器A2、帧存储器6、动作预测器7以及动补偿器8构成。
此外，在图2B的解码系统中，也具有由帧存储器14、动补偿器5及加法器A3构成的反馈循环装置。这样的编码及解码系统的DPCM过程、由于是公知的技术，此处省略详细说明。图2A及图2B的装置内分别设置的开关SW1和SW2，是用来防止DPCM过程中误差的积累，以帧或块为单位更新图象数据用的开关。也就是说，当开关SW1，SW2接通时，进行DPCM调制，当开关断开时，对DPCM数据进行编码和传送。
现有的这类编码及解码系统，在处理图象数据时，是将一个画面划分为N×N个块进行处理的，所以，如果用解码系统接收由编码系统进行编码和传送的信号后，将其复原时，画面上各块之间的分界线，根据不同的情况，在画面目的地某些部分，会出现非常明显的格子状的分块痕迹。
现在，已提出了几个减少这种分块痕迹的方法。例如，第一种是在分割画面的各个块之间保留重迭部分，第二种是利用重迭正交变换，第三种是在解码系统中对与各块的边界部分相当的数据进行低通滤波等。但是，第一、第二两种方法必须改变编码的基本结构，增加了硬件的复杂度，第三种方法会降低各块边界部分的分辨率，在这些方法中，本发明是应用第三种方法并加以改良，以克服该种方法所存在的缺点。
因此，本发明的目的是在把各帧分割为块来进行编码的系统中，使对各块边界进行滤波的低通滤波器的传递函数作自适应变化，使块边界部分的分辨率不会降低，从而提供能够抑制分块痕迹的编码系统。
本发明的另一个目的是要提供一种用于将依靠前述的能抑制分块痕迹的编码系统编码过的图象数据进行解码的解码系统。
本发明的目的是要提供一种能够抑制分块痕迹的编码系统，它的特征在于，在把馈送到输入端的帧数据划分为给定大小的块，以块为单位，通过数据变换和量化过程把数据压缩而进行的编码系统中，本发明还包含有两个过程，一个是把前述经过压缩的数据以帧为单位进行解码还原为原有数据的还原过程，另一个是把前述还原的帧数据和前述已被延迟的原有帧数据进行比较，以产生表示分块痕迹程度的指定的后处理变量的分块痕迹测定过程。
本发明的另一个目的是要提供一种能抑制分块痕迹的解码系统，其特征在于，在对利用分块变换编码所传送的信号进行解码的系统中包含有下述三个过程，第一个是输入利用如下方法的编码系统编码过传送数据和后处理变量的输入过程，即，输入端输入的帧数据分割为指定大小的块、并对各块单元通过数据变换和量化过程将数据进行压缩的编码方法中，包括将前述压缩处理过的数据进行解码并还原为帧单元的在分块痕迹测定阶段将上述还原的帧数据和上述延迟过的原来的帧数据进行比较后，产生表示分块痕迹程度的后处理变量，第二个是将前述传送数据进行解码还原的过程，第三个是利用前述后处理变量对前述解码后的还原信号进行适当的滤波的滤波过程。
下面，根据附图详细说明本发明的最佳实施例。
图1A是现有的编码装置的一个例子的方块图;
图1B是现有的解码装置的框图;
图2A是现有的编码装置的其它实施例的方块图;
图2B是现有的解码装置的其它实施例的方块图;
图3A是本发明的编码装置的一个实施例的方块图;
图3B是本发明的解码装置的一个实施例的方块图;
图4A是本发明的编码装置的其它实施例的方块图;
图4B是本发明的解码装置的其它实施例的方块图;
图5是对图3A和图4A的分块痕迹测定器进行详细说明的方块图;
图6是表示图5的分块痕迹测定器的动作特性的曲线图。
图3A和图3B是本发明的抑制分块痕迹的编码和解码系统的一个实施例，是对图1A和图1B所示的现有的编码及解码系统进行改进后得到的系统。
图3A的编码装置是用于对图象数据进行编码的装置，它由下列部分构成：N×N变换器1、量化器3、可变长编码器5、反量化器4、反变换器2、第1帧存储器6、第2帧存储器100和分块痕迹测定器200，N×N变换器1将各画面分割为N×N个块的数据变换为频率区域的变换系数;量化器3和可变长编码器5，用于把从N×N变换器1输出的变换系数进行量化及可变长编码处理后将数据压缩;反量化器4把经量化后的数据再次复原为空间区域的图象数据后再构成帧数据;第2帧存储器6用于将N×N变换器1进行离散余弦变换（DCT）之前的图象数据延迟一个指定时间;分块痕迹测定装置200从第1帧存储器6输入还原的帧数据Fr，从第2帧存储器100输入原来的帧数据Fo，然后输出随块边界部分的不连续程度而变化的后处理变量α。
图3A中，N×N变换器1、量化器3、可变长编码器5、反量化器4及N×N反变换器2的动作及作用是大家熟知的，此处不再进行详细说明。
此外从N×N反变换器2输出的还原的分块数据输入第1帧存储器6顺序存储起来以构成还原的帧数据Fr。
加在输入端IN的块数据输入第2帧存储器100，存储到帧单元中，使这个存储的帧数据Fo延迟指定的时间，以便和由第1帧存储器6再次构成并输出的帧数据Fr成为同一图象的帧。此后，分块痕迹测定装置200将第1帧存储器6供给的还原帧数据Fr和第2帧存储器100供给的原始帧数据Fo进行比较后，测定分块边界部分的分块痕迹程度，根据测定的分块痕迹程度改变后处理变量α并输出。这样输出的后处理变量α与编码后的图象数据一起传送给解码装置。
下面，根据图5详细说明这样的分块痕迹测定装置。
如图5所示分块痕迹测定装置200由第4加法器A4、不连续程度计算器240和只读存储器（ROM）250构成，第4加法器A4输入原始帧数据Fo和还原的帧数据Fr，输出与这两个帧数据差值相当的误差帧数据;不连续程度计算器240，用于输入第4加法器输出的误差帧数据，计算分块边界部分由分块痕迹引起的不连续程度β;ROM250输入上述计算出的不连续程度β，并输出与不连续程度β的大小成正比变化的后处理变量α。此处ROM250存储着决定不连续程度β和后处理变量α之间的相关关系的指定的检查表，这个检查表的特性，如图6所示，具有非线性的比例关系。此外，前述的不连续程度计算器240由误差值计算器210、块边界检测器220和平均误差计算器230构成，误差值计算器210从第4加法器A4输入误差帧数据，并据此计算各象素间的误差值;块边界检测器220从误差计算器210算出的误差值中检测出与各块边界部分对应的误差值;平均误差计算器230接受从块边界检测器220检测出的误差值，输出与各块边界的不连续程度β对应的全体误差帧的平均误差值。
这样的分块痕迹测定器200的动作过程如下所述。
第4加法器A4根据原始帧数据Fo和还原的帧数据Fr计算误差帧数据。从第4加法器A4输出的误差帧数据加到第5加法器A5的一个输入端，同时，由延迟器211延迟一个指定的很短时间之后，输入到第5加法器的另一个输入端。然后，第5加法器A5计算出两个输入数据之间的差值，其输出值在误差帧中相当于各象素之间的误差值。第5加法器的输出数据经开关SW3输给平均误差计算器230。这时，开关SW3根据计数器221的控制信号接通或断开，计数器221的控制信号只在从第5加法器A5输出的误差值与各块边界部分的数据一致时，才使开关SW3接通。因此，只把误差帧中各块边界部分的象素间的误差值向平均误差计算器230输出。于是，平均误差计算器230对经开关SW3所供给的误差值，取它们的绝对平均值或均方值，对各误差帧数据计算出平均误差值。这一算出的平均误差恰与该帧图象的各个块边界的不连续度β相对应。此后，平均误差计算器230根据指定的复位信号RST而复位为指定的初始值（一般为“0”），这时，复位信号RST可以加在帧单元上，但是根据不同系统，也可以加在段单元或片单元上。与平均误差计算器230输出的不连续度β相对应的后处理变量α，可以从预先存储的检查表中查出并输出。这里，如图6所示，后处理变量α随不连续度β的值的改变从0到1变化。
图3B是本发明的解码器的一个实施例，它具有用于抑制分块痕迹的低通滤波器。用于接收在图3A的编码器中编码过的传送数据并进行复原的解码装置，由可变长解码器11、反量化器12、反变换器13和自适应低通滤波器300构成，可变长解码器11用来将收到的传送数据变换为可变长解码并加以量化的数据;反量化器12和反变换器13用于将量化后的数据进行反量化后，变换为空间区域的图象数据;自适应低通滤波器300根据前述编码装置的分块痕迹测定器200输出并传送过来的后处理变量α改变滤波特性。在这样的解码装置中，除低通滤波器300之外，其它构成要素已是公开的技术，此处不再进行详细说明。
此处，自适应低通滤波器300对反变换器13输出的还原过的图象数据进行滤波，但是，其滤波特性随编码装置传送过来的后处理变量α相应地改变。自适应低通滤波器300的滤波频带随后处理变量α可改变的滤波特性H可以表示为：
H＝α·L+（1-α）·A……（1）
Figure 931060141_IMG2
此处，L是低通滤波系数，A是全通滤波系数，式（2）及式（3）分别是二个系数的一种示例系数。当分块痕迹测定器输出的后处理变量α为“0”时，是该帧图象即反变换器13输出的图象数据的帧中分块边界处不存在分块痕迹的情况。这时，自适应低通滤波器300为全通滤波器，使输入的图象数据全部通过。反之，若后处理变量α的值为“1”时，是该帧的分块边界处存在严重的分块痕迹的情况。这时，自适应低通滤波器300成为一个低通滤波器，通过对输入的图象数据的分块边界部分进行滤波，除去分块边界处存在的分块痕迹成分。
另一方面，当后处理变量α为0＜α＜1时，自适应低通滤波器300具有介于全通滤波器和低通滤波器之间的特性，可以根据分块边界部分的分块痕迹程度来改变滤波频带。
图4A及图4B的编码及解码装置是本发明的另一个实施例，是对图2A及图2B中所示的现有的编码及解码装置加以改进以后的装置。
图4A的装置是把具有为了进行DPCM的反馈回路的现有的编码装置和前述的分块痕迹测定器相结合而得到的装置。
在图4A的装置中，对于与前述图3A的装置相同的构成要素标以相同的符号，此处省略对它们的详细说明。其中，为进行DPCM的反馈回路由帧存储器6、运动预测器7和运动补偿器8等构成。运动预测器7从输入端IN供给N×N的分块数据，利用这个分块数据与存储在帧存储器6中的帧推算具有和该分块数据最为相似的特征的分块间的运动，把根据预测结果得到的运动向量输出。运动补偿器8根据运动预测器7输出的运动向量，从帧存储器6储存的图象帧中提取出相应的分块数据，并分别输给第1加法器A1和第2加法器A2。然后，第1加法器求出从输入端输入的分块数据和运动补偿器8输入的分块数据之差，并将这个误差数据编码后传送出去。
此外，第2加法器把运动补偿器供给的分块数据和反变换器供给的还原的误差数据相加，并将其结果输给帧存储器。图4A的分块痕迹测定器200具有前述图5中相同的结构要素，其动作也与前述一样。
图4B的解码装置是用于将图4A的编码器编码的信号进行解码的装置，在图4B的解码装置中，对于与前述图3B的装置中相同的构成要素，标以相同的符号。
此外，当接收的传送数据是DPCM数据时，作为为了将其复原的反馈回路，具有帧存储器14和运动补偿器15。从编码装置传送过来的运动向量MV输入运动补偿器15，根据这个运动向量，从储存在帧存储器14中的帧中提取出相应的分块数据，供给第3加法器A3。然后，第3加法器将反变换器13的输出数据和运动补偿器15的输出数据相加。自适应低频带滤波器300输入从前述编码装置的分块痕迹测定器200输出端传送过来的后处理变量α，根据这个变量α对第3加法器A3供给的图象数据进行自适应滤波，减少分块边界部分的分块痕迹。自适应低频带滤波器300的动作特性，如前所述，根据后处理变量α在“0”和“1”之间的值的大小，改变其滤波特性。
前述的实施例中，根据原来的帧数据Fo和还原的帧数据之差对应的误差帧数据来计算出分块边界的不连续程度，但是，在实际应用时，考虑到在原来的帧的各分块边界部分，其不连续程度非常小，利用还原的帧直接计算分块边界的不连续程度以代替误差帧，对于减小分块痕迹也可以得到很好的效果，这时，系统的构成可以更加简单。
此外，分块边界的不连续程度，应当对相邻分块间的上、下、左、右方向都进行测定并将它们综合计算，但是，为了求得上下方向的分块边界的不连续程度，需要大量的延迟元件，使硬件变得相当复杂。因此，把上下方向和左右的分块痕迹程度认为几乎是相同的，只对左右方向的分块边界的不连续程度进行测定，也可以得到充分的效果。
此外，也可以画面的几个地方进行抽样测定，来代替对所有分块边界不连续程度的测定。
此外，如上所述，本发明以一些特定的实施例进行了说明，但对于本行业，可以进行种种的改变和应用。例如，前述实施例中，含有可变长编码器和可变长解码器，但是，由于可变长编码和可变长解码与量化过程不同，在数据处理过程中不会损失数据，所以，在除去了可变长编码器和可变长解码器的系统中，本发明仍适用。此外，在编码系统中所处理的数据不是前述实施例那样的二维数据而是一维或者三维以上数据时，利用分块变换的编码和解码方式，本发明也完全可以适用。以上的所有情形，均包含在本发明的权利要求的范围之中。

Claims (21)

1、一种抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于：输入端输入的帧数据分割为指定大小的块、并对各块单元通过数据变换和量化过程将数据进行压缩的编码方法中，包括将前述压缩处理过的数据进行解码并还原为帧单元的阶段和分块痕迹测定阶段，在分块痕迹测定阶段将上述还原的帧数据和上述延迟过的原来的帧数据进行比较后，产生表示分块痕迹程度的后处理变量。
2、权利要求1中所述的抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于：前述的延迟阶段包含有将前述输入的帧数据存储到帧单元的阶段。
3、权利要求1中所述的抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于，前述的分块痕迹测定阶段包括下述阶段：计算出与前述延迟过的原来的帧数据和前述还原的帧数据之差对应的误差帧数据的阶段;根据前述误差帧数据计算出分块边界部分的不连续程度的阶段;以及从预先设定的变量中，根据前述计算出的不连续程度产生所选择的指定变量作为后处理变量的阶段。
4、根据权利要求3所述的抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于：计算前述不连续程度的阶段包括下列阶段：把前述的误差帧数据延迟指定时间的阶段;计算前述延迟过的误差帧数据与原来的帧数据之差的阶段;从前述差值计算阶段所得的数据中提取出与块的边界部分对应的数据的阶段以及计算前述提取出的数据的平均值的阶段。
5、根据权利要求3所述的抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于：产生前述后处理变量的阶段根据前述计算出的不连续程度，产生从“0”到“1”的可变变量。
6、根据权利要求4所述的抑制分块痕迹的编码方法，其特征在于：前述平均值计算阶段根据指定周期的复位信号，复位为一定的初始值。
7、一种抑制分块痕迹的解码方法，其特征在于：在对利用分块变换法编码的传送信号进行解码的解码方法中包括下列阶段：输入根据前述权利要求1的编码方法编码过的传送数据以及后处理变量值的阶段;对前述传送数据进行解码并还原的阶段以及根据前述后处理变量对前述解码还原的信号进行自适应滤波的阶段。
8、根据权利要求7所述的抑制分块痕迹的解码方法，其特征在于：前述滤波阶段随着前述后处理变量的大小变化，而具有低通滤波的特性。
9、根据权利要求7所述的抑制分块痕迹的解码方法，其特征在于：前述滤波阶段随前述后处理变量的大小变化而具有全通滤波特性。
10、根据权利要求7所述的抑制分块痕迹的解码方法，其特征在于：前述滤波阶段进行可变的滤波，以减少前述解码的还原信号中在分块边界部分产生的分块痕迹。
11、一种抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：在具有利用将输入端输入的帧数据分为指定大小的块，并对各块单元通过数据变换和量化过程将数据进行压缩的编码方法除去块边界部分产生的分块痕迹的装置的编码装置中，包括下列部件：
将输入的前述帧数据进行延迟的延迟器，将前述压缩处理过的数据进行解码并还原的帧数据输出去的装置;以及分块痕迹测定器，该分块痕迹测定器输入上述还原的帧数据和前述输入的原来的帧数据，并根据这两个帧数据测定分块痕迹程度，然后输出由该分块痕迹程度决定的后处理变量。
12、根据权利要求11所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述的延迟器是存储帧数据的帧存储器。
13、根据权利要求11所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述分块痕迹测定器包括下列部件：加法器，它用于计算与从前述延迟器输出的帧数据与前述还原的帧数据之差对应的误差帧数据;不连续程度计算器，它输入从前述加法器输出的误差帧数据，然后计算出分块边界的不连续程度;后处理变量发生器，它输入前述不连续程度计算器输出的不连续程度，并利用该值产生可变的指定的后处理变量。
14、按权利要求13所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述不连续程度计算器包括下列部件：延迟器，它用于把前述加法器输出的数据延迟一定时间，另一加法器，它用于计算前述加法器的输出数据和前述延迟器的输出数据之差;分块边界检测器，它用于从计算前述差值的另一加法器的输出数据中，检测出与分块边界部分对应的数据;以及平均误差计算器，它用于计算前述分块边界检测器检出的数据的平均值。
15、根据权利要求13所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述后处理变量发生器根据前述不连续程度计算器输出的不连续程度，产生从“0”到“1”可变的后处理变量。
16、根据权利要求13或15所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述后处理变量发生器是存储指定的检查表的ROM，该检查表决定前述不连续程度和前述处理变量之间的关系。
17、根据权利要求14中所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述分块边界检测器包括一个计数器和一个开关，计数器计数与分块边界对应的区间;开关一端与前述加法器相连，另一端与前述平均误差计算器相连，它根据前述计数器的输出信号进行开/关。
18、根据权利要求11所述的抑制分块痕迹的编码装置，其特征在于：前述平均误差计算器，根据指定周期的复位信号复位为一定的初始值。
19、一种抑制分块痕迹的解码装置，其特征在于：在将利用分块变换而编码的传送数据进行解码的装置中，包括输入装置、解码器和滤波器，输入装置用于输入编码过的传送数据和后处理变量，该传送数据是利用和同前述权利要求11中相同的编码装置进行编码的;解码还原器对前述编码过传送数据进行解码和还原;滤波器根据前述后处理变量对前述解码还原器输出的还原数据进行自适应滤波。
20、根据权利要求19所述的抑制分块痕迹的解码装置，其特征在于：前述滤波器对前述解码还原器供给的还原数据的边界部分对应的信号进行滤波。
21、根据权利要求19所述的抑制分块痕迹的解码装置，其特征在于：前述滤波器，根据前述后处理变量其滤波频率特征具有全通滤波、低通滤波以及将前述两种滤波特性混合的特性。
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