CN1139255C - 用于图象信号解码系统的改进的后处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一个用于图象信号解码系统的后处理滤波装置，它能够提高系统的图象质量，包括：存贮当前帧解码图象数据的存储装置；存贮目标象素数据的缓冲器；用以对目标象素数据滤波以提供滤波的目标象素数据的装置，用于向目标象素数据加一阈值由此提供一较高值的装置；用于将滤波的目标象素数据与较高值作比较，以提供第一选择信号的第一比较装置；用于响应第一选择信号，选择存贮于缓冲器的目标象素数据或滤波目标象素数据的第一选择装置；用于从目标象素数据中减去阈值，以提供一较低值的装置；用于将由第一选择装置所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据与较低值作比较，以提供第二选择信号的第二比较装置；用于响应第二选择信号，选择目标象素数据，或者由第一选择装置所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据以提供滤波结果的第二选择装置；用滤波结果更新存贮于存储器的目标象素数据的装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于图象信号解码系统的后处理方法，尤其涉及能够通过高效地后处理解码图象数据消除解码图象数据块边界处的块效应，从而提高系统图象质量的方法。
背景技术
在诸如高清晰度电视和电视电话系统等各种电子/电气应用中，图象信号可能需要以数字化形式传送。当图象信号被表达成数字化形式时，一定会出现大量数字数据。由于常规的传送信道的可用频带宽度是有限的，为了传送图象信号，因此有必要用图象编码系统来压缩大量数字数据。在各种视频压缩技术中，所谓混合图象编码技术，它结合了时间和空间压缩技术以及统计编码技术，被认为最有效。
多数混合编码技术采用了一适应性模式之间/模式内编码，正交变换，变换系数量化，RLC(步长编码)和VLC(变长编码)，适应性模式间/模式内编码是一为随后正交变换从当前帧的PCM(脉冲编码调制)数据或从DPCM(差分脉冲编码调制)数据中自适应选择一视频信号的过程，例如，基于其中某一变量。模式间编码，也称作预测方法，它基于减小相邻帧间冗余的概念，是一确定当前帧与其相邻的一个或两个帧之间物体运动，并且根据物体运动流程预测当前帧，以产生代表当前帧与其预测之间差异的误差信号的过程。这一编码方法的描述见Staffan Ericsson“混和预测/变换编码的固定透应性预测器”，IEEE Transactions on Communications，com-33，No.12，pp 1291-1301(December 1985)；Ninomiya和Ohtsuka的“电视图象的帧间运动补偿编码方案”，IEEE Transaction on Communications，COM-30，No.1，pp201-210(January1982)，两篇文章在此作为参考文献引用。
正变变换，它利用图象数据(如当前帧的PCM数据或运动补偿DPCM数据)之间的空间相关性，减少或消除其中的空间冗余，将一块数字图象数据转换成变换系数集合。此技术见Chen and Pratt的“景物适应性编码器”，IEEE Transactions on Communications，com-32，No.3，pp225-232(March1984)。通过将此变换系数数据量化，折线扫描，RLC和VLC处理，待传送数据可被有效地压缩。
编码图象数据经一常规传送信道被传送到一包含于图象信号解码系统中的图象信号解码器，图象信号解码器完成编码操作的相反过程，由此重建原始图象数据。重现的图象数据通常表现出不令人满意的假象，如块效应，其块域的边界线在接收端可见。此块效应的产生是由于一帧图象是以块域为单位编码的。
在本技术领域，众所周知，为提高重建图象数据或解码图象数据的质量，一般来说，可利用后处理滤波器进一步处理解码图象数据，高性能后处理滤波器用一预定的截止频率完成解码图象数据的滤波，由此增强解码图象数据的质量。
由于通常的后处理进行时不充分考虑单独滤波象素数据，这种滤波可能不会大幅度减少块边界的块效应，或者可能产生失真的图象数据，由此降低图象质量。
发明内容
因此，本发明的基本目标是提供一能够通过高效地后处理解码数据，大幅度减少或消除解码图象数据块边界块效应，从而提高系统图象质量的用于图象信号解码系统的后处理方法。
根据本发明，提供一用于图象信号解码系统的滤波装置，可用于逐象素地后处理来自包含于图象信号解码系统中图象信号解码器的当前帧解码图象数据，该滤波装置包括：
用于存储当前帧解码图象数据的存储器；
用于存储目标象素数据的缓冲器，目标象素数据代表待被滤波象素的象素值，并包含于当前帧的解码图象数据中；
用于对目标象素数据滤波以提供滤波的目标象素数据的滤波器；
用于将预定阈值与目标象素数据相加，由此提供一个较高数值的加法器；
用于比较滤波的目标象素数据和该较高值以提供第一选择信号的第一比较器；
用于响应第一选择信号，在滤波的目标象素数据大于该较高值时选择目标象素数据，或者响应第一选择信号，在滤波的目标象素数据不大于该较高值时选择滤波的目标象素数据的第一开关；
用于从目标象素数据减掉预定阈值，由此提供一个较低值的减法器；
用于将滤波的目标象素数据或目标象素数据(在第一开关处被选择)与较低值作比较，以提供第二选择信号的第二比较器；
第二开关，用于响应第二选择信号，在滤波的目标象素数据或目标象素数据(在第一开关处被选择)小于较低值时选择目标象素数据；或者用于响应第二选择信号，在滤波的目标象素数据或目标象素数据(在第一开关处被选择)不小于较低值的情况下，选择滤波的目标象素数据或目标象素数据(在第一开关处被选择)，由此为目标象素提供滤波后的结果；及
用于将存储器中目标象素数据更新为目标象素滤波后结果的控制器。
附图说明
本发明的上述和其它目的及特点将由下述参考附图的优选实施例的描述得以明确，其中：
图1表示图象信号解码系统的框图；
图2表示根据本发明优选实施例的示于图1中的后处理滤波装置的详细框图；
图3是图2所示象素数据评价装置的详细框图；及
图4提供根据本发明另一优选实施例的示于图1的后处理滤波装置的详细框图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于解释本发明的后处理方法和装置的图象信号解码系统100，图象信号解码系统100包括一图象信号解码器20和一后处理滤波装置40，其中图象信号解码器20有一个变长解码器(VLD)22，一步长解码器(RLD)24，一反向折线扫描器26，一反向量化器28，一逆变器(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，编码图象数据，即一组变长编码转换系数和运动矢量逐块地被提供给VLD22。VLD22用于对变长编码转换系数和运动矢量解码，以分别将步长编码转换系数提供给RLD24，将运动矢量提供给运动补偿器36。VLD22本质上是一搜索表：即，在VLD2.2中，提供一系列代码集以分别定义变长码与其步长编码或运行矢量的关系。此后，步长编码转换系数被施于RLD24(RLD24也是一搜索表)用以产生折线扫描转换系数。折线扫描的转换系数此后被提供给折线扫描器26。
在反向折线扫描器26，拆线扫描转换系数被重建以向反向量化器28提供量化的转换系数块，其中每一量化转换系数块被转换成一组转换系数。此后，该组转换系数被送到IT30，例如，一反向离散余弦变换器，它将该组变换系数转换成当前帧块域与其相应上一帧块域之间的差别数据。该组差别数据此后被送到加法器32。
同时，运动补偿器36基于一运动矢量从存贮于第一帧存贮器34的上一帧提取相应的象素数据，(每一运动矢量对应来自VLD22的当前帧的每个块域)，并将该组提取的象素数据提供给加法器32。该组从运动补偿器36提取的象素数据和来自IT30的象素差别数据在加法器32作和运算，从而形成当前帧指定块域的重建图象数据。该块区域重建的图象数据或解码图象数据此后被施于第一帧存储器34用于存贮并施于后处理滤波装置40。
在本发明的后处理滤波装置40，后处理来自加法器32的解码图象数据以有效滤波解码图象数据。后处理的图象数据此后被送至显示单元(未示出)。
现转到图2，该图示出了根据本发明第一实施例图1所示后处理滤波器的详细框图。
后处理滤波装置40(它有一第二帧存储器42，滤波块45和一缓冲器48)通过逐象素地处理当前帧，对来自图象信号解码器20的当前帧解图象数据滤波。
来自图象信号解码器20的当前帧解码图象数据首先被存储于第二帧存储器42。响应来自一系统控制器(未示出)的控制信号，目标象素数据，即一目标象素的象素值，由第二帧存储器42提取出，并提供给缓存器48；并且N×N的象素数据，例如，3×3，包括目标象素和其相邻象素的象素被传送给滤波框图45中的滤波器44，其中目标象素代表在当前帧中待被滤波的象素，它位于N×N象素的中心，N是一正整数。
根据本发明，滤波框图45用以为目标象素提供滤波后结果。确切地，滤波器44，它接收来自第二帧存贮器42的N×N象素数据，完成滤波，例如，用一预定的截止频率，由此产生滤波的目标象素数据。滤波器44可通过使用诸如本技术领域著名的中值滤波器或拉普拉斯滤波器等常规低通滤波器而得以实现。应注意滤波器44的预定截止频率或滤波器特性可基于图象解码系统所要求的图象质量来决定。
此后，来自滤波器44的滤波后目标象素数据被供给一象素数据评价装置46，(其中，滤波的目标象素数据或原始目标象素数据是基于两者之差的绝对值被选择的)以向第二帧存储器42提供滤波后的结果。对于当前帧的所有象素，滤波过程重复进行，而后，存储于第二帧存储器42的滤波后当前帧被提供给显示单元以显示。
参考图3，图中提供了象素数据评价装置46的详细框图。综述象素数据评价装置46的功能，在原始^与滤波后的目标象素数据之差值的绝对值大于预定阈值例如，THR的情况下，原始目标象素数据被确认为目标象素的滤波后的结果；在差值的绝对值不大于预定阈值时，滤波后的目标象素数据被确认为目标象素滤波后的结果。
象素数据评价装置46包括两个比较器53，56，两个开关54，57，一加法器52和一减法器55。为简明起见，滤波后的目标象素数据表示为F(i，j)；原始目标象素数据表示为I(i，j)。来自滤波器44的F(i，j)被输入到第一比较器53和第一开关54。来自缓冲器48的I(i，j)被耦合到加法器52，减法器55和第一开关54及第二开关57。
首先，预定阈值THR在加法器52被加到I(i，j)上，较高值，即I(i，j)+THR被送到第一比较器53。在第一比较器53，F(i，j)与较高值I(i，j)+THR作比较，由此向第一开关54提供第一选择信号CS1。应当注意预定的阈值THR可根据图象信号解码系统所要求的图象质量来确定。
在第一开关54，第一选择信号CS1用于确定两个输入F(i，j)和I(i，j)之中哪一个被选择并送至第二比较器56。即，如果F(i，j)大于较高值I(i，j)+THR，则选择I(i，j)，并将其送到比较器56；否则，选择F(i，j)并将其送到比较器56。
在减法器55，I(i，j)减掉THR，以向第二比较器56提供一较低值，即I(i，j)-THR。在第二比较器56，较低值I(i，j)-THR与在第一开关54已选择的I(i，j)或F(i，j)作比较，以向第二开关57提供一第二选择信号CS2。
在第二开关57，第二选择信号CS2用于确定两个输入，即在第一开关54已选择的F(i，j)或I(i，j)，和I(i，j)。在I(i，j)被第一开关54选择的情况下，输入到第二开关57的两个输入均是I(i，j)，因此，I(i，j)被作为目标象素的滤波结果由第二开关57提供。在F(i，j)被第一开关54选择，且F(i，j)大于或等于较低值I(i，j)-THR的情况下，F(i，j)被作为目标象素的滤波结果由第二开关57提供；在F(i，j)被第一开关54选择，且F(i，j)小于I(i，j)-THR的情况下，I(i，j)被作为目标象素的滤波结果由第二开关57提供。而后目标象素的滤波结果耦合到第二帧存贮器42以将所存储的目标象素数据更新为目标象素的滤波结果。
目标象素的滤波操作可通过将包括来自第二帧存储器42的已刷新的目标象素数据的N×N象素数据提供给图2所示滤波器44，并进行滤波而得以重复操作。在目标象素重复进行滤波操作过程中，存储于缓冲器48的原始目标象素数据不被更新，并如上所述用于确定滤波结果。该滤波块可以做成使得对于每一重复的滤波过程滤波器的特性或截止频率和预定阈值互不相同。
目标象素的滤波过程可按一确定数重复进行。或者，恰在F(i，j)和I(i，j)差值绝对值大于THR之前的目标象素滤波值作为目标象素的最后滤波结果。即，当F(i，j)与I(i，j)之差值绝对值变成大于THR时，滤波过程终止，并且存贮于第二帧存贮器42的目标象素数据不再更新。
在一个目标象素的滤波过程完成之后，对下一个目标象素重复进行滤波操作，直到存贮于第二帧存贮器42的当前帧的所有象素全被更新。
现转到图4，图4示出了根据本发明所选第二实施例示于图1中的后处理滤波装置40的详细框图。
后处理滤波装置40，它包括一第二帧存贮器42，一缓冲器48和三个滤波块45a，45b和45c，通过逐象素地处理当前帧对来自图1所示图象信号解码器20的当前帧解码图象数据进行滤波。后处理滤波装置的滤波过程是在45a到45c三个滤波块进行的。除此之外，后处理滤波装置的功能几乎与图2所示第一实施例中的相应部分相同。采用滤波块，以便使包含在滤波块中的滤波器截止频率或特性和每一滤波块的预定阈值THR互不相同。
来自图象信号解码器20的当前帧解码图象数据首先存贮于第二帧存贮器42。响应来自系统控制器(未示出)的控制信号，目标象素数据，即目标象素的象素值被提取出并提供给缓冲器48，同时包含目标象素和其相邻象素的N×N，例如3×3的象素值被送到滤波块1 45a。滤波块1 45a的滤波操作与参考图2和图3解释的滤波块45的操作相同。
来自滤波块1 45a的目标象素滤波结果送回到第二帧存储器42，以便用来自滤波块1 45a的目标象素数据的滤波结果更新存于其中的目标象素数据。
而后，响应来自系统控制器的控制信号，包括更新的目标象素和其相邻象素的N×N象素的数据被送到滤波块2 45b。通过用来自滤波块1 45a的目标象素滤波结果和相邻象素的象素值进行滤波块2 45b处的滤波操作。除此之外，滤波操作与滤波块1 45a的相同。
来自滤波块2 45b的目标象素滤波结果被送回到第二帧存储器42，并与相邻象素的象素数据一起耦合到滤波域块3 45c。在滤波块3 45c进行了类似的滤波操作后，来自滤波块3 45c的滤波结果被送回到第二帧存储器42，以更新该处存贮的目标象素数据。对当前帧的所有象素重复滤波过程，此后，存贮于第二帧存储器42的滤波后的当前帧被提供给显示单元。
尽管描述包括三个滤波块的后处理滤波装置40，不难理解，此处可包含任意数量的滤波块。
而且，滤波块操作可参考图2描述的类似的方式进行改动，即不是进行预定次数(如3次)的滤波过程，恰在F(i，j)与I(i，j)差的绝对值大于THR之前的目标象素滤波结果可被确定为目标象素的滤波结果。例如，当F(i，j)与I(i，j)差的绝对值在滤波块2处大于THR时滤波过程终止，来自滤波块145a的滤波结果被确定为目标象素的最终滤波结果。
本发明能通过有效进行后处理滤波操作，大幅度减少或消除出现在解码图象数据边界的块效应，由此提高图象质量。
本发明参照特定的实施例已被展示并描述出来，对于本技术领域的技术人员，很明显，在不偏离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多改进和改动。
Claims (5)
1.一滤波设备，用于图象信号解码系统，以对来自包含于图象信号解码系统的图象信号解码器的当前帧解码图象数据逐象素地进行后处理，该滤波装置包括：
用于存贮当前帧解码图象数据的存储装置；
用于存贮目标象素数据的缓冲器，目标象素数据代表将被滤波象素的象素值，并包含于当前帧的解码图象数据；
用于对目标象素数据进行滤波以提供滤波的目标象素数据的装置；
用于将预定阈值与目标象素数据相加，由此提供较高值的装置；
用于将滤波的目标象素值与较高值作比较，以提供第一选择信号的第一比较装置；
用于响应第一选择信号，在滤波目标象素数据大于较高值时，选择目标象素数据；或者响应第一选择信号，在滤波目标象素数据不大于较高值时，选择滤波目标象素数据的第一选择装置；
用于从目标象素数据中减掉预定阈值，以提供一较低值的装置；
用于将第一选择装置处所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据与较低值比较，以提供第二选择信号的第二比较装置；
用于响应第二选择信号，在第一选择装置处所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据小于较低值的情况下，选择目标象素数据，或者，响应第二选择信号，在由第一选择装置处所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据不小于较低值情况下，选择由第一选择装置处所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据，由此提供目标象素滤波结果的第二选择装置；及
用于将存贮于存贮装置的目标象素数据更新为目标象素的滤波结果的装置。
2.如权利要求1的设备，其中用于滤波的装置接收存贮于存储器中的目标象素数据和与目标象素相邻的象素数据；并且基于目标象素数据和相邻象素的象素数据产生滤波的目标象素数据。
3.如权利要求2的设备，其中用于滤波的装置通过使用中值滤波器产生该滤波的目标象素数据。
4.一种用于图象信号解码的后处理方法，逐象素地对来自包含于图象信号解码系统的图象信号解码器的当前帧解码图象数据进行后处理，该方法包括以下步骤：
(a)存贮当前帧的解码图象数据；
(b)存储一个表示待滤波象素的象素值的目标象素数据，其中该目标象素数据包含在当前帧的解码图像数据中；
(c)对目标象素数据进行滤波，以提供滤波的目标象素数据；
(d)将预定阈值与目标象素数据相加，以提供一个较高值；
(e)将滤波的目标象素数据与较高值作比较，以提供第一选择信号；
(f)响应第一选择信号，在滤波目标象素数据大于较高值时，选择目标象素数据；或者响应第一选择信号，在滤波目标象素数据不大于较高值时，选择滤波目标象素数据
(g)从目标象素数据中减掉预定阈值，以提供一较低值；
(h)将步骤(f)所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据与较低值作比较，以提供第二选择信号；
(i)响应第二选择信号，在步骤(f)所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据小于较低值的情况下，选择目标象素数据，或者，响动第二选择信号，在由步骤(f)所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据不小于较低值的情况下，选择由步骤(f)所选择的滤波目标象素数据或目标象素数据，由此提供目标象素的滤波结果；
(j)用目标象素的滤波结果更新步骤(a)存贮的目标象素数据；
(k)重复上述步骤(b)到步骤(j)，直到滤波后的目标象素数据与原始的目标象素数据之间的差值的绝对值大于一个阈值；及
(l)对下一目标象素重复上述步骤(b)到步骤(k)，直到当前帧的所有象素均被后处理。
5.如权利要求4的方法，其中所述的步骤(c)包括：
(c1)提供于步骤(a)存储的目标象素数据和相邻象素数据，相邻象素数据是与目标象素相邻象素的象素值；
(c2)基于目标象素数据和相邻象素数据确定滤波的目标象素数据。
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