CN1115898A - 用在图象信号解码系统中的改进的后处理方法 - Google Patents

Abstract

图象信号解码系统中改进图象质量的后处理方法，包括下述步骤：滤波存储器中的目标象素数据；计算原始的与滤波后的目标象素数据间的绝对差值；如果绝对差值小于预定的阈值，以滤波后的目标象素数据更新所存储的目标象素数据；绝对差值小于预定的阈值便重复所述滤波到更新的步骤N次，如果绝对差值等于或大于预定的阈值，以补偿后的目标象素数据更新存储的目标象素值；及为下个目标象素重复所述滤波到重复步骤，直到后处理完当前帧中的所有象素为止。

Description

用在图象信号解码系统中的 改进的后处理方法

本发明涉及用在图象信号解码系统中的后处理方法，更具体地，涉及能够通过有效地后处理解码后的图象数据而消除出现在一块解码后的图象数据的块边界上的块效应(blocking effect)从而改进系统的图象质量的一种改进的方法。

在诸如高清晰度电视与电视电话系统等各种电子/子气应用中，图象信号可能必须以数字化形式传输。当以数字化形式表示图象信号时，必定会出现大量的数字数据。然而，由于一条传统的传输信道的可利用的频带宽度是有限的，为了通过它来传输图象信号，通常有必要采用图象编码系统来压缩这大量的数字数据。在各种视频压缩技术中，将时间、空间压缩技术和统计编码技术组合在一起的所谓混合编码技术是已知最高效的。

大多数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(行程编码)及VLC(可变长度编码)。自适应帧间/帧内模式编码是自适应地根据其方差从当前帧的PCM(脉冲码调制)数据或DPCM(差分脉冲码调制)数据中选择用于随后的正交变换的一个视频信号的过程。基于减少相邻的帧之间的冗余性的概念的也称作预测方法的帧间模式编码是确定一个目标在一个当前帧及其一或两个相邻的帧之间的运动，并根据该目标的运动流预测当前帧以生成表示当前帧与其预测之间的差别的误差信号的过程。这一编码方法描述在诸如Staffan Ericsson的“用于混合预测/变换编码的固定与适配预测器”(Fixed and Adapted Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding)，IEEE通信学报，COM-33，第12号1291-1301页(1985年12月)；以及在Ninomiya与Ohtsuka的“电视画面的一种运动补偿帧间编码方案”(A Motion-Compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures)，IEEE通信学报，COM-30，第1号201-210页(1982年1月)，两者都通过引用包含在此。

利用诸如当前帧的PCM数据或运动补偿DPCM数据等图象数据之间的空间相互关系并减少或消除它们之间的空间冗余性的正交变换将一块数字图象数据转换成一组变换系数，这一技术描述在Chen与Pratt的“场景自适应编码器”(Scene Adaptive Coder)，IEEE通信学报，COM-32，第3号225-232页(1984年3月)。通过用量化、折线扫描、RLC与VLC处理这些变换系数数据，能够有效地压缩要传输的数据量。

编码图象数据是通过一条传统的传输信道传输到包含在图象信号解码系统中的图象信号解码器的，解码器执行编友操作的逆过程以重构原始图象数据。重构的图象数据通常表现出诸如块效应等令人烦恼的人为现象，其中块的边界线在接收端上成为看得见的。由于一帧是以块为单位编码的，所以出现这种块效应。

如本技术中众所周知的，为了改进重构的图象数据或解码后的图象数据的质量，通常采用一个传统的后处理滤波器来进一步处理解码后的图象数据。先有技术后处理滤波器以一个预定的同一截止频率来执行对包含在解码后的图象数据中的所有象素数据的滤波，从而改进解码后的图象数据的质量。

然而，由于传统的后处理没有考虑对个别经滤波的象素数据的补偿，这种滤波不能显著地减少位于块边界的块效应，可能产生图象数据失真，从而恶化图象质量。

因此，本发明的主要目的为提供一种用在图象信号解码系统中的后处理方法，通过有效地后处理经过解码的图象数据而能显著地减少或消除出现在解码后的图象数据块的边界上的块效应，从而改进系统的图象质量。

按照本发明，提供了一种用在图象信号解码系统中的，在逐个象素的基础上后处理来自包含在该图象信号解码系统中的一个图象信号解码器的一个当前帧的解码后的图象数据的方法，该方法包括下述步骤：

(a)将当前帧的经过解码的图象数据存储在一个存储器中；

(b)滤波存储在存储器中的目标象素数据以得到经过滤波的目标象素数据，其中的目标象素数据表示要滤波的一个象素的象素值；

(c)计算原始目标象素数据与滤波后的目标象素数据之间的绝对差值，其中原始目标象素数据表示包含在解码后的图象数据中的未滤波的目标象素数据；

(d)如果绝对差值小于一个预定的阈值，则用滤波后的目标象素数据更新存储的目标象素数据；

(e)只要绝对差值小于预定的阈值便重复所述步骤(b)至(d)N次，而如果绝对差值等于或大于预定的阈值，便用补偿后的目标象素数据更新所存储的目标象素值，其中如果原始目标象素数据小于滤波后的目标象素数据，则通过相加原始目标象素数据与预定的阈值得出补偿后的目标象素数据，而如果原始目标象素数据大于滤波后的目标象素数据，则从原始目标象素数据中减去预定的阈值而得出补偿后的目标象素数据；以及

(f)对下一个目标象素重复所述步骤(b)至(e)，直到后处理完当前帧中的所有象素。

从以下对结合附图所作的较佳实施例的描述中，本发明的上述与其他目的与特征将是显而易见的，附图中：

图1示出一个图象信号解码系统的方框图；以及

图2示出图1中所示的本发明的后处理滤波器装置的详细方框图。

参见图1，其中示出了用于说明本发明的后处理方法的一个新颖的图象信号解码系统100。该图象信号解码系统100包括一个图象信号解码器20及一个后处理滤波器装置40，其中该图象信号解码器20包含一个可变长度解码器(VLD)22、一个行程解码器(RLD)24、一个逆向折线扫描器26、一个逆量化器28、一个逆变换器(IT)30、一个加法器32，一个第一帧存储器34及一个运动补偿器36。

在图象信号解码器20中，在逐块的基础上将编码图象数据，即一组可变长度编码的变换系数与运动矢量，提供给VLD22。VLD22的作用为解码该组可变长度编码的变换系数与运动矢量以分别将行程编码的变换系数提供给RLD24并将运动矢量提供给运动补偿器36。VLD22基本上是一张查找表：即在VLD22中，提供了多个码组来定义可变长度码与它们的行程码或运动矢量之间的对应关系。此后，将行程编码的变换系数作用在RLD24上，后者也是一张查找表，用于生成折线扫描的变换系数。然后将折线扫描的变换系数提供给逆向折线扫描器26。

在逆向折线扫描器26上，重构折线扫描变换系数以得到量化的变换系数块。然后将各量化的变换系数块在逆量化器28上转换成一组变换系数。随后，将该组变换系数输送给IT30，诸如逆离散余弦变换器，IT30将该组变换系数变换成当前帧中的一块与前一帧中其对应的块之间的一组差数据。然后将该组差数据送至加法器32。

同时，运动补偿器36根据一个运动矢量从存储在第一帧存储器34中的前一帧中抽取一组对应的象素数据，该组象素数据对应于来自VLD22的当前帧中的各块，并将该组所抽取的数据提供给加法器32。然后在加法器32上求出该组从运动补偿器36抽取的象素数据与来自IT30的该组象素差数据之和，借此提供当前帧中的一个给定的块的重构的图象数据。然后，将该块重构的图象数据即解码后的图象数据作用在第一帧存储器34上供存储，并作用在后处理滤波器装置40上。

在本发明的后处理滤波器装置40上，进行对来自加法器32的解码后的图象数据的后处理以有效地滤波解码后的图象数据。将经过后处理的图象数据传输给一个显示单元(未示出)。

参见图2，其中示出了图1中所示的后处理滤波器装置40的详细方框图，用于说明本发明的后处理方案。

包括一个第二帧存储器42、一个滤波器44、一个象素数据估算设备46、一个开关电路47、一个象素数据校正设备48及一个控制器49的后处理滤波器装置40通过在逐个象素的基础上处理当前帧内的各象素而滤波而前帧的解码后的图象数据。

首先将来自图象信号解码器20的当前帧的解码后的图象数据存储在第二帧存储器42中。响应来自控制器49的一个第一控制信号，恢复一个目标象素的象素值并将其提供给象素数据校正设备48中的一个缓冲器48a，同时将其相邻的N×N(例如3×3)个象素的象素数据输送给滤波器44，其中该目标象素表示要滤波的并位于该N×N个象素的中心的一个象素，其中N为一个正整数。

然后，接收来自第二帧存储器42的N×N个象素数据的滤波器44用一个预定的截止频率进行滤波，借此生成滤波后的目标象素数据。滤波器44可采用诸如本技术中著名的中值滤波器(Median filter)或拉普拉斯算符滤波器(Lapl acianfilter)等传统的低通滤波器来实现。应当指出，滤波器44的预定截止频率可根据该图象解码系统所要求的图象质量来确定。此后，将来自滤波器44的经过滤波的目标象素数据提供给包含一个差值计算器46a与一个第一比较器46b的象素数据估算设备46。

差值计算器46a的作用为计算存储在缓冲器48a中的原始目标象素数据与来自滤波器44的滤波后的目标象素数据之间的差值，并将该差值转换成其绝对值。然后将在差值计算器46a上得出的绝对差值作用在第一比较器46b上。

第一比较器46b将来自差值计算器46a的绝对差值与诸如预先存储在一个其存储器(未示出)中的预定的阈值TH1进行比较，借此将一个选择信号SC1提供给开关电路47，其中该阈值TH1为一个正整数。这便是，如果绝对差值等于或大小该预定的阈值TH1则来自第一比较器46b的输出为一个逻辑高电平选择信号；而如果绝对差值小于该预定的阈值TH1则为一个逻辑低电平选择信号。应当理解，该预定的阈值TH1可根据图象信号解码系统所要求的图象质量来确定。然后将第一比较器46b生成的逻辑高电平或逻辑低电平选择信号输送给开关电路47、一个第二比较器48b与控制器。

响应来自第一比较器46b的选择信号SC1的开关电路47有选择地将来自滤波器44的滤波后的目标象素数据耦合到象素数据校正设备48或第二帧存储器42上。具体地，响应逻辑高电平选择信号，将滤波后的目标象素数据耦合到适用于校正滤波后的目标象素数据的象素数据校正设备48上；而响应逻辑低电平选择信号，则将滤波后的目标象素数据耦合到适用于以经过滤波的目标象素数据更新所存储的目标象素数据的第二帧存储器42上。

如图2中所示，象素数据校正设备48包括缓冲器48a、一个第二比较器48b及一个象素数据校正电路48c。象素数据校正设备48推算补偿的目标象素数据；并将其提供给显示单元及在其中以补偿后的目标象素数据更新所存储的目标象素数据的第二帧存储器42。这便是，响应逻辑高电平选择信号SC1，第二比较器48b将通过开关电路47来自滤波器44的经过滤波的目标象素数据与来自缓冲器48a的原始的即未滤波的目标象素数据进行比较并生成一个补偿信号LC1。具体地，如果未滤波的即原始目标象素数据大于经过滤波的目标象素数据，则第二比较器48b生成一个逻辑高电平补偿信号；而如果它小于经过滤波的目标象素数据，则生成一个逻辑低电平补偿信号。将来自第二比较器48b的所生成的补偿信号LC1提供给象素数据校正电路48c。

象素数据校正电路48c响应补偿信号LC1，根据来自缓冲器48a的未滤波的目标象素数据及该预定的阈值TH1提供补偿后的目标象素数据，该阈值TH1等于预先存储在第一比较器46b中的值。

在本发明的较佳实施例中，如果对象素数据校正电路48c的输入是一个逻辑高电平补偿信号，则通过从未滤波的目标象素数据中减去预定的阈值TH1而得出经过补偿的目标象素数据；而如果其输入是一个逻辑低电平补偿信号，则在未滤波的原始目标象素数据上加上预定的阈值TH1而导出它。

控制器49响应来自第一比较器46b的选择信号SC1控制目标象素的滤波过程。这便是，响应逻辑高电平选择信号，控制器49生成一个第二控制信号到第二帧存储器42，从而以来自象素数据校正电路40c的经过补偿的目标象素数据更新存储在存储器42中的象素数据；并为了初始化下一个目标象素的滤波操作而从存储器42中将下一个目标象素的象素值提供给缓冲器48a并将下一个目标象素的N×N个象素数据提供给滤波器44。

反之，如果第一比较器48b发出逻辑低电平选择信号，则控制器49生成一个第三控制信号到存储器42，以便以来自开关电路47的滤波后的目标象素数据更新存储的目标象素数据；并通过从存储器42中将包含更新后的目标象素值在内的N×N个象素数据提供给滤波器44而重复目标象素的滤波操作。在目标象素的重复滤波操作期间，不用经过滤波的目标象素数据更新存储在缓冲器48a中的原始目标象素数据。重复目标象素的滤波操作，直到第一比较器46b发出逻辑高电平选择信号或者第一比较器46b发出的逻辑低电平选择信号的次数达到一个预定次数为止。在逻辑低电平选择信号的次数达到预定次数的情况中，控制器49发出一个第四控制信号到存储器42，借此以来自开关电路47的经过滤波的目标象素数据更新存储的目标象素数据并将更新后的目标象素数据提供给显示单元。随即，控制器49提供一个第五控制信号给存储器42，借此通过提供下一个目标象素数据给缓冲器48a及对应的N×N个象素数据给滤波器44而初始化下一个目标象素的滤波操作。

作为结果，本发明能够通过有效地执行后处理滤波操作而明显地减小或消除出现在一块解码后的图象数据的边界上的块效应，从而改进图象质量。

虽然已经参照特定的实施例示出与描述了本发明，但对于熟悉本技术的人员而言，显而易见可以作出许多改变与修正而不脱离所附的权利要求书中所定义的发明的精神与范围。

Claims (2)

1、一种方法，用在图象信号解码系统中，用于在逐个象素的基础上后处理来自包含在该图象信号解码系统中的一个图象信号解码器的一个当前帧的解码后的图象数据，该方法包括下述步骤：

(a)将当前帧的解码后的图象数据存储在一个存储器中；

(b)滤波存储在该存储器中的目标象素数据以提供经过滤波的目标象素数据，其中该目标象素数据表示要滤波的一个象素的象素值；

(c)计算原始目标象素数据与滤波后的目标象素数据之间的绝对差值，其中该原始目标象素数据表示包含在解码后的图象数据中的未滤波的目标象素数据；

(d)如果该绝对差值小于一个预定的阈值，则用滤波后的目标象素数据更新所存储的目标象素数据；

(e)只要该绝对差值小于该预定的阈值便重复所述步骤(b)至(d)N次，而如果该绝对差值等于或大于该预定的阈值，则以补偿后的目标象素数据更新所存储的目标象素值，其中该补偿后的目标象素数据在原始目标象素数据小于滤波后的目标象素数据时是通过将原始目标象素数据与该预定的阈值相加而得到的，而在原始目标象素数据大于该滤波后的目标象素数据时则是从该原始目标象素数据中减去该预定的阈值而得到的；以及

(f)为下一个目标象素重复所述步骤(b)至(e)直到后处理完当前帧中所有的象素为止。

2、根据权利要求1的方法，其中所述滤波步骤(b)是用一个中值滤波器进行的。

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