CN1239027C - 对解码的高度压缩图像/视频内容进行滤波的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

将一种降低基于高度压缩的块的图像/视频编码中的振铃人工信号的技术应用于从解码器输出的各重构帧。对于重构帧的各像素块，根据相邻像素值之间的某些得到的差以自适应方式应用低通滤波。对于各像素，确定在需要应用水平滤波时将应用哪种水平滤波器。根据该确定的结果，像素可保持不滤波或者对其应用2或3抽头水平滤波器。进行类似过程以确定在需要时将应用哪种垂直滤波器，从而确定无滤波器、2抽头或者3抽头垂直滤波器。

Description

对解码的高度压缩图像/视频内容进行滤波的方法和装置
继续申请资料
本申请要求2002年4月5日提交的美国临时申请序号60/370643的35U.S.C.§119(e)的利益。
本申请涉及2001年10月23日提交的美国申请序号10/037767以及2002年6月21日提交的美国申请序号10/176994，通过引用将其内容结合于本文中。
技术领域
本发明涉及图像数据滤波，更具体地说，涉及用于降低图像/视频编码中振铃噪声的改进算法。本发明能够以装置、方法或指令程序实施，尤其适合高度压缩的图像/视频编码。
背景技术
大多数当前的视频编码标准，比如国际标准化组织(ISO)的MPEG-4及国际电信联盟(ITU)H.263，都采用基于块的运动补偿并对块执行离散余弦变换(DCT)操作。在采用JPEG的静止图像编码的情况下，也采用基于块的DCT编码。当图像高度压缩时，基于块的编码可能引起组块人工信号及振铃噪声。典型的组块人工信号是相邻像素具有非常相似的像素值的均匀区域中的栅极噪声。在实边界附近最为明显的振铃噪声是由于因量化的高频系数的截断的Gibb(吉步斯)现象而产生。振铃噪声又称作“蚊式噪声”，因为它常常在人体皮肤区域和背景之间的边界区上出现，从而在视觉上类似围绕人的头部和肩膀周围盘旋的蚊子。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种自适应滤波方法，用于减少由于因量化的高频系数的截断而导致的吉步斯现象而出现的振铃噪声。
根据本发明的一个方面，提供一种用于降低解压缩图像或视频中的振铃噪声的方法。该方法包括以下步骤：获取解压缩图像或视频的重构帧块(即来自压缩比特流的块)；对各重构帧块，根据像素及其左、右相邻像素之间的某些关系对该重构帧块的各像素有选择地执行第一类型的滤波(如水平滤波)，其中，对于该块的各像素，如果满足第一条件，则应用第一滤波器(如第一低通滤波器)来执行第一类型的滤波，如果不满足第一条件但满足第二条件，则应用第二滤波器(如第二低通滤波器)来执行所述第一类型的滤波。另外，对于各重构帧块，根据该像素及其上、下相邻像素之间的某些关系对该重构帧块的各像素有选择地执行第二类型的滤波(如垂直滤波)，其中，对于该块中的各像素，如果满足第三条件，则应用第一滤波器来执行第二类型的滤波，如果不满足第三条件但满足第四条件，则应用第二滤波器来执行第二类型的滤波。
第一和第二低通滤波器最好具有不同数量的抽头。
该方法还可包括以下步骤：对于该块中的各像素，计算(i)该像素的值与其左相邻像素的值之间的绝对差，以及(ii)该像素的值与其右相邻像素的值之间的绝对差，其中，如果(i)中的差和(ii)中的差均小于预定阈值，则满足第一条件，如果(i)或(ii)中的差之一但不是两者小于该预定阈值，则满足第二条件。最好，如果(i)中的差大于或等于预定阈值，但(ii)中的差小于预定阈值，则该像素与其右相邻像素进行平均，如果(ii)中的差大于或等于预定阈值，但(i)中的差小于预定阈值，则该像素与其左相邻像素进行平均。
该方法还可包括以下步骤：对于该块中的各像素，计算(i)该像素的值与其上相邻像素的值之间的绝对差，以及(ii)该像素的值与其下相邻像素的值之间的绝对差，其中，如果(i)中的差和(ii)中的差均小于预定阈值，则满足第三条件，如果(i)或(ii)中的差之一但不是两者小于该预定阈值，则满足第四条件。最好，如果(i)中的差大于或等于预定阈值，但(ii)中的差小于预定阈值，则该像素与其下相邻像素进行平均，如果(ii)中的差大于或等于预定阈值，但(i)中的差小于预定阈值，则该像素与其上相邻像素进行平均。
在另一方面，本发明涉及一种用于降低解压缩图像或视频中的振铃噪声的装置。该装置包括：输入电路，配置用于接收解压缩图像或视频的重构帧块(即来自压缩比特流的块)；以及处理电路，配置用于对于各重构帧块，根据该像素与其左、右相邻像素之间的某些关系对该重构帧块的各像素有选择地执行第一类型的滤波，其中，对于该块的各像素，如果满足第一条件，则应用第一滤波器来执行第一类型的滤波，如果不满足第一条件但满足第二条件，则应用第二滤波器来执行第一类型的滤波；以及对于各重构帧块，根据该像素与其上、下相邻像素之间的某些关系对该重构帧块的各像素执行第二类型的滤波，其中，对于该块的各像素，如果满足第三条件，则应用第一滤波器来执行第二类型的滤波，如果不满足第三条件但满足第四条件，则应用第二滤波器来执行第二类型的滤波。
第一类型的滤波最好包括水平滤波，且第二类型的滤波最好包括垂直滤波。此外，第一和第二滤波器最好是分别具有不同数量抽头的第一和第二低通滤波器。
根据本发明的其它方面，本发明的上述任何方法或步骤均可实施为程序指令(如软件)，这些程序指令可存储在或者传送到计算机或其它处理器控制装置以便执行。或者，本发明的任何方法或步骤可采用功能上等效的硬件(如专用集成电路(ASIC)、数字信号处理电路等)或者软件和硬件的组合来实现。
通过结合附图参照以下说明书及权利要求书，本发明的其它目的和成就将会十分明显，并且更透彻地了解本发明。
附图说明
图1是解码流水线及该流水线中本发明的去振铃算法的相对位置的原理方框图。
图2是流程图，说明根据本发明的实施例的算法的某些处理步骤。
图3是图像或视频帧中的像素位置的示意说明，其中包括可根据本发明的实施例进行滤波的像素f(i，j)。
图4是示意图，说明应用了3和/或2抽头低通滤波器的像素。
图5是方框图，说明可用来实现本发明的若干方面的例示图像处理系统中的组件。
具体实施方式
本发明提供一种技术(如算法)来减少高度压缩图像/视频编码中的振铃噪声。该技术采用自适用滤波，用于降低图像/视频数据中的振铃噪声。对于各重构帧块(即像素块)，该算法根据某些算得的差以自适应方式对选择块区域进行滤波以降低振铃人工信号。如图1所示，将该技术应用到从解码器10输出的各重构帧上。来自解码器10的重构帧存储在帧缓冲器11中。后处理器12从帧缓冲器11访问各帧，并根据如下面详细说明的发明对其进行处理。
如图2所示的流程图说明根据本发明实施例的算法。该算法开始于从解码器获得重构帧块的数字输入表示(步骤21)。自该块开始，获得未处理像素(步骤22)并进行处理。根据某些算得的像素值差，以逐块的方式将两种类型(即不同的抽头)低通滤波器(LPF)之一应用于各重构帧块的像素。这样，将滤波方案应用于各重构帧块的像素，直到处理了所有块。
对于当前像素，计算(i)当前像素f(i，j)的值与其左相邻像素f(i，j-1)的值之间的绝对差，以及(ii)当前像素f(i，j)的值与其右相邻像素(i，j+1)的值之间的绝对差，以确定是否应当执行水平滤波，如果应该，则确定应该执行哪种水平滤波(步骤23)。当前像素、左相邻像素、右相邻像素以及上、下相邻像素的相对位置如图3所示。
步骤24中，确定(i)中的差以及(ii)中的差是否都小于预定阈值T。如果是，则在步骤25中将3抽头LPF应用于当前像素。如不满足果步骤24的条件，随后则在步骤26中确定是否(i)或(ii)中的差之一但不是两者大于或等于该阈值。如果是，则在步骤27中将2抽头LPF应用于当前像素。更具体地说，如果(i)中的差大于或等于该阈值，但(ii)中的差小于该阈值，则使用2抽头滤波器将当前像素与其右相邻像素进行平均，类似地，如果(ii)中的差大于或等于该阈值，但(i)中的差小于该阈值，则使用2抽头滤波器将当前像素与其左相邻像素进行平均。如果(i)中的差和(ii)中的差均不小于该阈值，也就是说，如果两个差均大于或等于该阈值，则不执行任何滤波(步骤28)。
执行类似于步骤23-28中所执行的过程以便确定如果需要执行垂直滤波，则应当执行哪种类型的垂直滤波。不过在这种情况下，将上相邻像素f(i-1，j)的值而不是左相邻像素值用于(i)中，以及将下相邻像素f(I+1，j)的值而不是右相邻像素值用于(ii)中。这个处理总地由步骤29表示。
随后，该算法确定当前块中是否存在其它未处理的像素(步骤30)。如果是，该算法继续到判定框的“是”终结符并返回到步骤22以获取新的未处理像素。如果步骤30中的判定为“否”，该算法则进入步骤31以确定是否存在其它“未处理的”像素块。如果存在，该算法返回步骤21以获取下一块。如果不存在，则算法结束。
用于上述过程中的3及2抽头LPF的滤波器系数如下所示：
h 3 - tap ( n ) = 1 4 { 1,2,1 } 以及 h 2 - tap ( n ) = 1 2 { 1,1 }
下面对图2所示步骤22-28中所述的滤波过程的具体情况进行进一步描述。首先，令DH1定义为当前像素值及其左相邻像素值之间的绝对差，而DH2表示当前像素值及其右相邻像素值之间的绝对差。那么，如果DH1和DH2均小于k2×QP，则将3抽头水平滤波器应用于当前像素。如果DH1或DH2之一但不是全部都小于k2×QP，则假定存在实边界点，因此将2抽头水平平均滤波器应用于当前像素及其与当前像素的差小于k2×QP的相邻像素。3抽头和2抽头垂直滤波器按照与水平滤波器相同的方式进行应用。应用水平和/或垂直滤波器的像素位置的图示说明如图4所示。这个过程可在数学上描述为：
如果((DHi＜k2×QP)并且(DHs＜k2×QP))，
则执行3抽头水平滤波，
否则如果(((DH1＜k2×QP)并且(DH2≥k2×QP))或者((DH1≥k2×Q)并且(DH2＜k2×QP)))，
则执行2抽头水平滤波，
如果((DV1＜k2×QP)并且(DV2＜k2×QP))，
则执行3抽头垂直滤波，
否则如果(((DV1＜k2×QP)并且(DV2≥k2×QP))或者((DV1≥k2×QP)并且(DV2＜k2×QP)))，
则执行2抽头垂直滤波，
             DH1＝|f(i，j)-f(i，j-1)|
             DH2＝|f(i，j)-f(i，j+1)|
其中
             DV1＝|f(i，j)-f(i-1，j)|
             DV2＝|f(i，j)-f(i+1)，j)|
以上描述表明，本发明提供一种有效的去振铃算法，它特别适用于基于高度压缩块的图像/视频编码。这种滤波方案在明显地降低物体边界周围的引人注意地可见振铃噪声方面非常有效。该算法对不同的图像及压缩方案都是稳固的。此外，由于其相对简单的体系结构，该算法能够以诸如移动视频电话系统的实时应用来实现。该算法可方便地实施为能够与诸如MPEG-4和ITU-T H.263之类的现有编码方案一起使用的软件形式。
图5说明可用来“运行”本发明的去振铃算法的一种典型系统。如图5所示，系统50包括中央处理器(CPU)51，它提供计算资源并控制计算机。CPU 51可通过微处理器等来实现，并且还可包括图形处理器和/或用于数学计算的浮点协处理器。系统50还包括系统存储器52，它可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器ROM的形式。
还提供了多个控制器和外围设备，如图5所示。输入控制器53表示到诸如键盘、鼠标、铁笔或遥控器等一个或多个输入装置54的接口。还有控制器55，它与扫描仪56或等效装置进行通信，用于数字化包括可根据本发明进行处理的图像的文件。存储控制器57与一个或多个存储装置58连接，其中，各个存储装置58包括诸如磁带或磁盘之类的存储媒体或者光媒体，它们可用来记录指令程序，用于操作可包括实现本发明的各个方面的程序实施例的系统、实用程序以及应用程序。存储装置58还可用来存储根据本发明待处理的数据。显示控制器59提供到显示装置61的接口，其中，显示装置61可以是阴极射线管(CRT)、薄膜晶体管(TFT)显示器或视频播放器。还提供了打印机控制器62，用于与打印机63进行通信，以便打印包括根据本发明所处理的图像的文件。通信控制器64与通信装置65连接，其中，通信装置65使系统50能够通过包括因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)等各种网络之一或者通过包括红外信号的任何适当的电磁载波信号连接到远程装置。
在所述实施例中，所有主要的系统组件都与可代表多于一种物理总线的总线66连接。但应当注意，虽然所有系统组件通常彼此可位于物理接近的位置上，但这并不是本发明的要求。例如，输入数据(如重构帧)和/或输出数据(如去振铃帧)可从一个物理位置远程传送到另一物理位置。另外，实现本发明的各个方面的程序可通过网络从远程位置(如服务器)进行访问。这类数据和/或程序可通过包括磁带或磁盘或光盘的各种机器可读媒体、网络信号或其它包括红外信号的适当电磁载波信号之一来传送。
虽然本发明可通过软件来方便地实现，但硬件实现或组合的硬件/软件实现也是可行的。例如，可采用ASIC、数字信号处理电路等来实现硬件实现。例如，可制作单ASIC，其中包含执行本文所述功能的适当硬件。权利要求中的术语“装置”意在覆盖本发明的所有这类硬件实现以及诸如图5所示的计算机或系统类型的超集装置。此外，所述各“部件”意在覆盖硬件或者软件形式、能够执行所述功能的任何适当组件，其中包括CPU、一个或多个ASIC、数字信号处理电路等。
通过了解这些实现备选方案，就会理解，方框图及流程图说明某些特定功能的性能及其关系。本文中为便于说明而定义这些功能框的界线。可定义其它的界线，只要能执行特定功能并适当地维持其中的关系。这些图示及所附说明提供了功能信息，本领域的技术人员通常需要这些信息来编写程序代码(即软件)或制作电路(即硬件)以执行所需处理。
虽然结合若干特定实施例对本发明进行了说明，但根据上述说明，本领域的技术人员将会清楚其它许多备选方案、修改、变型及应用。因此，本文所述的本发明意在包含可能落入所附权利要求的精神及范围之内这样的全部备选方案、修改、变型及应用。

Claims (14)

1.一种用于减少解压缩图像中的振铃噪声的方法，所述方法包括以下步骤：
获取所述解压缩图像的重构帧块；
对于各重构帧块，根据(i)各像素和其左相邻像素的值之间的绝对差值、以及(ii)各像素和其右相邻像素的值之间的绝对差值，对所述重构帧块的所述各像素有选择地执行第一类型的滤波，其中，对于所述块的各像素，如果满足第一条件，则应用第一滤波器来执行所述第一类型的滤波，如果不满足所述第一条件但满足第二条件，则应用第二滤波器来执行所述第一类型的滤波，如果既不满足第一条件、也不满足第二条件，则既不应用第一滤波器、也不应用第二滤波器来执行所述第一类型的滤波；以及
对于各重构帧块，根据(iii)各所述像素和其上相邻像素的值之间的绝对差值、以及(iv)各所述像素和其下相邻像素的值之间的绝对差值，对所述重构帧像素块的所述各像素有选择地执行第二类型的滤波，其中，对于所述块的各像素，如果满足第三条件，则应用所述第一滤波器来执行所述第二类型的滤波，如果不满足所述第三条件但满足第四条件，则应用所述第二滤波器来执行所述第二类型的滤波，如果既不满足第三条件、也不满足第四条件，则既不应用第一滤波器、也不应用第二滤波器来执行所述第二类型的滤波。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一类型的滤波包括水平滤波，且所述第二类型的滤波包括垂直滤波。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一滤波器是第一低通滤波器，以及所述第二滤波器是第二低通滤波器，所述第一和第二低通滤波器具有不同数量的抽头。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
如果(i)中的所述差和(ii)中的所述差均小于预定阈值，则满足所述第一条件，并且如果(i)或(ii)中的所述差之一但不是两者小于所述预定阈值，则满足所述第二条件。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
如果(iii)中的所述差和(iv)中的所述差均小于预定阈值，则满足所述第三条件，以及如果(iii)或(iv)中的所述差之一但不是两者小于所述预定阈值，则满足所述第四条件。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：如果(i)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(ii)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其右相邻像素进行平均，如果(ii)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(i)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其左相邻像素进行平均。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：如果(iii)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(iv)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其下相邻像素进行平均，如果(iv)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(iii)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其上相邻像素进行平均。
8.一种用于降低解压缩图像中的振铃噪声装置，所述装置包括：
输入电路，配置用于接收所述解压缩图像的重构帧块；以及
处理电路，包括：
第一滤波器和第二滤波器，每个配置用于第一类型的滤波和第二类型的滤波；根据各像素和其左、右相邻像素之间的某些关系，对各重构帧块的各像素有选择地执行所述第一类型的滤波；以及，根据各像素和其上、下相邻像素之间的某些关系，对各所述重构帧块的各像素有选择地执行所述第二类型的滤波；
其中，对于某个所述重构帧块中的某个像素，如果满足第一条件，则应用第一滤波器来执行所述第一类型的滤波，如果不满足所述第一条件但满足第二条件，则应用第二滤波器来执行所述第一类型的滤波，如果既不满足第一条件、也不满足第二条件，则既不应用所述第一滤波器、也不应用所述第二滤波器来执行所述第一类型的滤波以及
其中，对于某个重构帧块中的某个像素，如果满足第三条件，则应用所述第一滤波器来执行所述第二类型的滤波，如果不满足所述第三条件但满足第四条件，则应用所述第二滤波器来执行所述第二类型的滤波，如果既不满足第三条件、也不满足第四条件，则既不应用所述第一滤波器、也不应用所述第二滤波器来执行所述第二类型的滤波。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述第一类型的滤波包括水平滤波，且所述第二类型的滤波包括垂直滤波。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述第一滤波器是第一低通滤波器，以及所述第二滤波器是第二低通滤波器，所述第一和第二低通滤波器具有不同数量的抽头。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述处理电路还配置用于：
对于所述块中的各像素，计算(i)所述像素的值与其左相邻像素的值之间的绝对差，以及(ii)所述像素的值与其右相邻像素的值之间的绝对差，其中，如果(i)中的所述差和(ii)中的所述差均小于预定阈值，则满足所述第一条件，并且如果(i)或(ii)中的所述差之一但不是两者小于所述预定阈值，则满足所述第二条件。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述处理电路还配置用于：
对于所述块中的各像素，计算(i)所述像素的值与其上相邻像素的值之间的绝对差，以及(ii)所述像素的值与其下相邻像素的值之间的绝对差，其中，如果(i)中的所述差和(ii)中的所述差均小于预定阈值，则满足所述第三条件，以及如果(i)或(ii)中的所述差之一但不是两者小于所述预定阈值，则满足所述第四条件。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于：如果(i)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(ii)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其右相邻像素进行平均，并且如果(ii)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(i)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其左相邻像素进行平均。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于：如果(i)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(ii)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其下相邻像素进行平均，如果(ii)中的所述差大于或等于所述预定阈值，但(i)中的所述差小于所述预定阈值，则所述像素与其上相邻像素进行平均。
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